UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAcybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/16395/1/rodriguez_vc.pdf ·...
127
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA Y METALÚRGICA TESIS “DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA CON ALTO CONTENIDO DE MANGANESO Y ZINC” PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN MINERÍA Y MEDIO AMBIENTE ELABORADO POR: CARMEN MARIA RODRÍGUEZ VÁSQUEZ ASESOR M Sc. Lic. ATILIO MENDOZA APOLAYA LIMA – PERÚ 2018
Transcript of UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAcybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/16395/1/rodriguez_vc.pdf ·...
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINERA Y METALÚRGICA
TESIS
“DISEÑO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA
CON ALTO CONTENIDO DE MANGANESO Y ZINC”
PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN
MINERÍA Y MEDIO AMBIENTE
ELABORADO POR:
CARMEN MARIA RODRÍGUEZ VÁSQUEZ
ASESOR
M Sc. Lic. ATILIO MENDOZA APOLAYA
LIMA – PERÚ
2018
II
Dedicatoria
A Dios, Por haberme permitido llegar hasta esta
etapa de mi vida y haberme dado salud para lograr
mis objetivos, además de su infinita bondad y amor.
A mis padres Edwin y María motores de mi
desarrollo y realización; a mis hermanos Fernando,
Karin y Diego por creer en mí; y, a Javier por su
paciencia y apoyo infinito.
III
Agradecimiento
A toda la Plana de Docentes de la Unidad de Post
Grado de la Facultad de Ingeniería Geológica,
Minera y Metalúrgica de la Universidad Nacional de
Ingeniería por todos los conocimientos impartidos y
desarrollados con respecto a la Minería y Medio
Ambiente.
IV
Índice de contenidos
Portada ............................................................................................................................................. I
Dedicatoria ...................................................................................................................................... II
Agradecimiento ..............................................................................................................................III
Índice de contenidos...................................................................................................................... IV
Índice de Figuras y Tablas ............................................................................................................ VI
Resumen........................................................................................................................................ IX
Abstract ...........................................................................................................................................X
Introducción .................................................................................................................................. XI
Capítulo I Generalidades............................................................................................................... 12
1.1. Antecedentes Bibliográficos ............................................................................................. 12
1.2. Descripción de la Realidad Problemática.......................................................................... 21
1.3. Formulación del Problema General................................................................................... 22
1.4. Justificación de la investigación........................................................................................ 22
1.5. Objetivos de la investigación ............................................................................................ 23
1.6. Hipótesis ............................................................................................................................ 23
1.7. Variables e Indicadores ..................................................................................................... 24
1.8. Limitaciones de la Investigación ....................................................................................... 25
Capítulo II Marco Teórico y Conceptual ...................................................................................... 26
2.1. Bases Teóricas ................................................................................................................... 26
2.2. Marco Conceptual ............................................................................................................. 53
2.3. Legislación Ambiental Peruana ........................................................................................ 55
V
Capítulo III Metodología de la Investigación ............................................................................... 58
3.1. Tipo, nivel y diseño de investigación................................................................................ 58
3.2. Población y muestra: ......................................................................................................... 58
3.3. Técnicas e instrumentos para recoger información ........................................................... 59
3.4. Desarrollo de la investigación ........................................................................................... 61
Capítulo IV Resultados de la Investigación .................................................................................. 79
4.1. Análisis e Interpretación de los Resultados....................................................................... 79
4.2. Costos ................................................................................................................................ 88
4.3. Contrastación de la Hipótesis ............................................................................................ 91
Conclusiones ................................................................................................................................. 92
Recomendaciones.......................................................................................................................... 94
Referencias Bibliográficas ............................................................................................................ 95
Anexo N° 1 Matriz de Consistencia............................................................................................ 100
Anexo N° 2 Cronograma de Elaboración de Tesis ..................................................................... 102
Anexo N° 3 Curriculum Vitae (Español) .................................................................................... 103
Anexo N° 4 Curriculum Vitae (Inglés) ....................................................................................... 111
Anexo N° 5 Estándares de Calidad de Agua .............................................................................. 114
Anexo N° 6 Tablas de Resultados .............................................................................................. 117
Anexo N° 7 Cálculos .................................................................................................................. 123
Anexo N° 8 Diagrama de Flujo de Planta de Tratamiento Propuesto ........................................ 126
Anexo N° 9 Sistema de Tratamiento Propuesto de Aguas de Mina ........................................... 127
VI
Índice de Figuras y Tablas
Lista de Figuras
Figura N° 2.1 Solubilidades Teóricas ........................................................................................... 32
Figura N° 2.2 Diagrama de Procesos para el Tratamiento de AMD ............................................ 34
Figura N° 2.3 Proceso de Neutralización Convencional ............................................................. 41
Figura N° 2.4 Proceso de Lodos de Alta Densidad ...................................................................... 42
Figura n° 2.5 Prueba de Sedimentación en Probeta ...................................................................... 47
Figura N° 2.6 Gráfica de Prueba de Sedimentación ..................................................................... 48
Figura N° 2.7 Determinación de la Sedimentación ...................................................................... 50
Figura N° 2.8 Valores de Asentamiento ....................................................................................... 52
Figura N° 3.1 Muestras de Agua Ácida de Mina .......................................................................... 62
Figura N° 3.2 Preparación de Soluciones ..................................................................................... 64
Figura N° 3.3 Proceso de Agitación Homogéneaa ....................................................................... 65
Figura N° 3.4 Proceso de Neutralización...................................................................................... 66
Figura N° 3.5 Prueba de Sedimentación 1er Ensayo .................................................................... 69
Figura N° 3.6 Prueba de Sedimentación 2do Ensayo ................................................................... 72
Figura N°3.7 Prueba de Sedimentación 3er Ensayo ..................................................................... 74
Figura N° 3.8 Prueba de Sedimentación 4to Ensayo .................................................................... 76
VII
Lista de Tablas
Tabla N° 2.1 Agentes Empleados para la Eliminación de Iones ................................................. 36
Tabla N° 2.2 Constantes del Producto de Solubilidades .............................................................. 38
Tabla N° 3.1 Caracterización de Agua Ácida de Mina................................................................. 63
Tabla N° 3.2 Datos de Dosificación para Neutralización -1er Ensayo ......................................... 67
Tabla N° 3.3 Caracterización de Agua Ácida Tratada.................................................................. 68
Tabla N° 3.4 Datos de Prueba de Sedimentación ......................................................................... 68
Tabla N° 3.5 Caracterización de Lodos ........................................................................................ 69
Tabla N° 3.6 Datos de Dosificación para Neutralización -2do Ensayo ........................................ 70
Tabla N° 3.7 Caracterización de Agua Ácida Tratada.................................................................. 70
Tabla N° 3.8 Datos de Prueba de Sedimentación ......................................................................... 71
Tabla N° 3.9 Caracterización de Lodos ........................................................................................ 72
Tabla N° 3.10 Datos de Dosificación para Neutralización-3er Ensayo ........................................ 73
Tabla N° 3.11 Caracterización de Agua Ácida Tratada................................................................ 73
Tabla N° 3.12 Datos de Prueba de Sedimentación ....................................................................... 74
Tabla N° 3.13 Datos de Dosificación para Neutralización-4to Ensayo ........................................ 75
Tabla N° 3.14 Caracterización de Agua Ácida Tratada................................................................ 75
Tabla N° 3.15 Datos de Prueba de Sedimentación ....................................................................... 76
Tabla N° 3.16 Caracterización de Lodos ...................................................................................... 77
Tabla N° 3.17 Caracterización de la Muestra de Agua Ácida de Mina ........................................ 77
Tabla N° 3.18 Resumen de Dosificaciones de los Ensayos .......................................................... 78
Tabla N° 3.19 Resumen de Resultados de la Calidad de Agua Tratada ....................................... 78
VIII
Tabla N° 4.1 Caudal a Usar .......................................................................................................... 81
Tabla N° 4.2 Características del Tanque de Cal ........................................................................... 84
Tabla N° 4.3 Características del Dosificador de Cal .................................................................... 84
Tabla N° 4.4 Características del Tanque de Floculante ................................................................ 85
Tabla N° 4.5 Costos de Inversión ................................................................................................. 88
Tabla N° 4.6 Costos de Consumibles ........................................................................................... 89
Tabla N° 4.7 Costos Directos........................................................................................................ 89
Tabla N° 4.8 Servicios Complementarios..................................................................................... 90
Tabla N° 4.9 Costos Operativos.................................................................................................... 91
IX
Resumen
La minería moderna en el Perú, contempla la evaluación de posibles impactos ambientales y las
medidas de prevención, mitigación y contingencia en todas las actividades de construcción,
operación y cierre de la mina; sin embargo, la generación del agua ácida de mina ha sido, es y será
un problema ambiental preocupante.
Esta actividad productiva, generadora de agua ácida tiene el potencial de causar un impacto
negativo al ambiente, la cual se sustenta en los yacimientos de una geología y mineralogía
compleja, presencia de pirita como principal mineral de ganga, asociación entre sulfuros,
antigüedad de las operaciones metalúrgicas, entre otros.
La temprana identificación de elementos potencialmente generadores de acidez y el desarrollo de
un apropiado plan de manejo de desechos puede reducir significativamente problemas ambienta les
de largo plazo y costos de remediación, aún más una identificación oportuna del problema y la
incorporación de las medidas de control correspondientes, así como también reducir costos
financieros para el desarrollo sostenible y sustentable de la mina.
En el presente trabajo estará enfocada en una muestra de agua ácida de mina con alto contenido de
Manganeso y Zinc, realizándose una caracterización inicial de la muestra, proponiendo alternativas
de sistemas de tratamiento de aguas ácidas eliminando o reduciendo el Mn y Zinc para un mejor
control del impacto sobre el ambiente, finalmente se seleccionará y propondrá el diseño de una
planta de tratamiento de aguas ácidas que sea económico, técnico y ambientalmente sostenible,
enfatizando las medidas preventivas que se pueden tomar.
X
Abstract
The mining modern in Peru contemplates the evaluation of possible environmental impacts and
the prevention, mitigation and contingency measures in the construction, operation and closure
activities of the mine. However, the generation of Acid Mine Drainage has been, is and will be a
worrying environmental problem.
This productive activity, that is generator of acidic water, has the potential to cause a negative
impact to the environment, which is sustained in the deposits of a complex geology and
mineralogy, being the presence of pyrite as the main mineral of gangue that is the association
between sulfides, antiquity of operations metallurgical, among others.
The early identification of elements potentially generating acidity and the development of an
appropriate environmental management plan can significantly reduce long-term environmenta l
problems and remediation costs, including timely identification of the problem and the
incorporation of the corresponding control measures, as well as reducing financial costs for the
sustainable development of the mine.
In this thesis, it will be focused on a sample of Acid Drainage Mine with a high content of
Manganese and Zinc. It will be an initial characterization of the sample, then will proposed
alternatives for acidic water treatment systems eliminating or reducing the Manganese and Zinc
for a better control. Consequently, it will design of plant an acidic water treatment that is
economically, technically and environmentally sustainable. Finally, will be emphasized the
preventive measures that can be taken.
XI
Introducción
La alta concentración de la actividad minera en Perú y los impactos ambientales propios de la
actividad minera conllevan a grandes desafíos en cuanto a su sustentabilidad, que comprenden
cómo extraer en forma eficiente los minerales de interés, minimizando los impactos al medio
ambiente.
La implementación de medidas de producción limpia en el desarrollo, la operación y el cierre de
una faena minera, significa básicamente, establecer prácticas preventivas tendientes a evitar o
minimizar la generación de residuos y emisiones al medio ambiente y utilizar en mejor forma los
recursos disponibles, para así mejorar la productividad, competitividad y sustentabilidad de la
industria minera peruana.
Con este enfoque nació el presente trabajo a desarrollarse que propone un diseño de planta de
tratamiento de aguas ácidas con contenido metálico de Manganeso y Zinc, reconociéndose la
importancia del tema para efectos de minimizar los impactos negativos ambientales y el
cumplimiento de la Normatividad Ambiental Vigente que conlleva a un desarrollo sostenible de la
actividad minera a desarrollarse.
12
Capítulo I
Generalidades
1.1. Antecedentes Bibliográficos
1.1.1. Tesis a nivel internacional:
Diseño de una planta de tratamiento para el drenaje ácido de una mina en el estado
de México (Espinosa Rodríguez, 1997)
Resumen: El sistema de tratamiento propuesto en la tesis, contribuirá en el control de los
desechos ácidos generados en la mina. Asimismo, asegura la buena selección del proceso
de tratamiento, pruebas y análisis a nivel de laboratorio para una operación en planta de
tratamiento.
Objetivos: Controlar el impacto de los desechos ácidos generados en la mina, sobre el
medio ambiente; Enfatizar las medidas preventivas que se pueden tomar; Seleccionar las
efectivas tecnologías de control terciario adecuadas a los costos y a la realidad de la miner ía
mexicana; Diseñar un sistema de tratamiento para el drenaje ácido de mina.
Conclusiones: La temprana identificación de materiales potencialmente generadores de
acidez y el desarrollo de un apropiado plan de manejo de desechos pueden recudir
significativamente problemas ambientales de largo plazo y costos de remediación; aún más
13
una identificación oportuna del problema y la incorporación de las medidas de control
correspondientes deben reducir los costos financieros de mantener las facilidades de
recolección y tratamiento a largo plazo tal como una planta de neutralización a perpetuidad;
Es importante la evaluación experimental de parámetros requeridos para decidir sobre una
u otra alternativa respecto a tópicos tales como la determinación del potencial de
generación de acidez de los distintos materiales presentes en un emplazamiento, la
determinación de la velocidad de generación de ácido, mediante pruebas cinéticas ya
estandarizadas, principalmente para relaves y desmontes de mina; A fin de evaluar
convenientemente cada una de las medidas de mitigación puestas en operación, es
necesario diseñar un programa adecuado de monitoreo que permita cuantificar los cambios
o mejoras que se hayan producido de modo de tomar las medidas correctivas en caso de
que sea necesario.
Tratamiento biológico como alternativa para disminuir el impacto ambiental
ocasionado por el drenaje ácido generado por la actividad minera en el Municipio de
Marmato – Caldas (Díaz Álvarez, 2013)
Resumen: Se realizó un estudio sobre el DAM de la Mina Cascabel en el municipio Caldas,
importante zona de Colombia. Se implementó en prueba piloto un tratamiento inicial al
drenaje de la mina con el fin de determinar qué impacto ambiental benéfico ocasionaría.
Este tratamiento consistió en un sistema reductor y productores de alcalinidad, en el que se
utilizó Hidróxido de sodio, que además de neutralizar las aguas ácidas, perjudican la
oxidación de los sulfuros y elimina los metales pesados volviéndolos insolubles.
14
Objetivos: Implementar alternativas de tratamiento que disminuyan el impacto ambienta l
ocasionado por el drenaje ácido producido de la actividad minera en el municipio de
Marmato.
Conclusiones: Los resultados de los análisis de las aguas de la mina de Cascabel en la zona
de Marmato demuestran que existe presencia de metales como aluminio, arsénico, cadmio.
Manganeso, mercurio y zinc, que sobrepasan los límites permitidos por las normas
establecidas por el Ministerio del Ambiente y Desarrollo Sostenible, los cuales están
liberados a las aguas de la quebrada Cascabel; De acuerdo a los niveles encontrados de pH,
metales y sulfatos que en ciertas cantidades actúan como contaminantes, se puede concluir
que el agua de la mina Cascabel está generando contaminantes al ambiente, al suelo y a las
aguas; Aún sin estar en funcionamiento, esta mina presenta un riesgo elevado de
contaminación ya que sus aguas no han sido tratadas antes de realizar el vertimiento; Un
tratamiento reductor y productor de alcalinidad como el empleado en este trabajo es una
buena alternativa para reducir el nivel de contaminación de estas las aguas residuales ya
que se logra el aumento de pH, la disminución de oxígeno disuelto, la disminución de
sulfatos y la reducción en la concentración de metales como aluminio, cobre, hierro;
encontrándose que todos estos parámetros lograron los valores establecidos en la
reglamentación nacional con el tratamiento empleado en la prueba piloto; Las técnicas de
análisis empleadas no permitieron la determinación precisa de la concentración de arsénico
y mercurio, se deben emplear técnicas más precisas, máxime cuando estos metales son muy
contaminantes y sus concentraciones límites permitidas esta entre los más bajos
comparados con los demás metales; se cree que las concentraciones están aún por encima
de los rangos permitidos.
15
1.1.2. Tesis a nivel nacional:
Tratamiento de efluentes por el método de pantanos artificiales (Wetland) (Inga
Blancas, 2011)
Resumen: Se centra en un estudio en particular de la mina Comarsa, la predicción de la
calidad de sus aguas, así como una previsión de posibles métodos de tratamiento; asimismo,
propone la aplicación de diversas técnicas existentes para el tratamiento de las aguas ácidas
de mina, en los métodos de pasivos e indicando en cada caso los materiales y requisitos
necesarios para su aplicación.
Objetivos: Profundización en el conocimiento y aplicación de la biorremediación como
medida correctora de los impactos ambientales de agua contaminada con metales pesados
y en particular de los drenajes de ácidos de mina de gran interés para Comarsa como parte
de su cierre progresivo de mina.
Conclusiones: Se han propuesto una serie de alternativas clasificadas en función del tipo
de substratos. Éstas se han basado en experimentos muy novedosos realizados por
profesionales a nivel mundial en emplazamientos similares a las aguas ácidas de mina. Lo
que se pretende con este conjunto de alternativas, es facilitarle a la empresa la tarea de
elección del tratamiento de sus aguas ácidas, en caso fuera necesario llevarlo a cabo; En
base a las pruebas experimentales y el pilotaje desarrollado, se concluye que el mejor de
los tratamientos será aquel que conlleve procesos que hagan reducir los altos valores de
acidez y que consigan eliminar esos metales superiores a las normativas para el vertido a
cauces. Dadas sus exigencias de costo y mantenimiento constante, los sistemas activos o
16
puramente químicos, no serían los más aconsejables. Se utilizarían en algún caso, para
reforzar el tipo de tratamiento que se elija.
1.1.3. Papers a nivel internacional:
Study of manganese removal from mining effluent (Duarte & Ladeira, Study of
Manganeses Removal from Mining Effluent, 2011)
Resumen: Este estudio investigó la eliminación de Mn +2 de un tipo de agua ácida de mina
a través de experimentos de piedra caliza, cal y MnO2, con un pH del efluente ácido fue
alrededor de 2,7 y la concentración de manganeso varió de 140 a 180 mg / l.
Los experimentos en batch no mostraron diferencias entre cal y piedra caliza en
precipitación de manganeso a un intervalo de pH de 2,7 a 10,5 y se consiguió una
eliminación eficaz a pH> 10. Los experimentos con columnas se llevaron a cabo con lechos
fijos llenos de piedra caliza, MnO2 o con la mezcla de piedra caliza y MnO2. La principa l
ventaja de usar MnO2 es que hace posible la eliminación del manganeso soluble a pH
cercano a la neutralidad, evitando la generación de grandes volúmenes de precipitado.
Objetivos: La optimización del proceso de eliminación resultará en un volumen más bajo
de precipitado, que reducir los costos y los riesgos ambientales.
Conclusiones: La eliminación de Mn⁺² soluble de la mina de ácido el drenaje se mejoró
mucho con el uso de MnO₂. El pH de la mina ácida debe ser ajustado alrededor de 7,0 y el
tiempo de residencia en la columna debe ser alrededor de 3 horas. La principal ventaja de
usar MnO₂ es hacer la eliminación de soluble manganeso posible a pH cerca de la
neutralidad y evitar la generación de grandes volúmenes de precipitado La capacidad de
carga máxima de las columnas llenas de MnO₂ variaron de 12.7 mgg⁻¹ a 13.9 mgg⁻¹.
17
Design and economics of Acid Mine Drainage treatment plant – operation Yellowboy
(Girard & Kaplan, 2011)
Resumen: A través de la aprobación de la Ley de Descargas Limpias en Pensilvania se
desea un proceso técnicamente viable y económicamente factible para el tratamiento del
drenaje ácido de la mina. La descarga de agua de mina tiene una concentración de hierro
superior a siete partes por millón. Por lo que, se diseñó una planta piloto de tratamiento de
agua de mina en donde se neutraliza con lechada de cal en tanques de mezclas con
aireación; asimismo, los sólidos son filtrados y llevados a un lugar de disposición.
Finalmente, se estudió diferentes planes para operar la planta de tratamiento de drenaje
ácido de la mina y los aspectos económicos son favorables al tratamiento continuo del agua
ácida de mina a través de las etapas de espesamiento y floculación; considerando el uso de
los filtros en un turno por día.
Objetivos: Diseñar una planta piloto en la Mina Mariane ubicada en Pensilvania, para el
tratamiento de aguas de minas que sea viable económicamente y ambientalmente
sostenible.
Conclusiones: Dentro de las conclusiones se tiene: (1) El agua de la mina puede tratarse
para producir un producto que contenga menos de 6 ppm de hierro y un pH neutro sin
floculantes. (2) Con los floculantes, se puede producir un producto que contenga menos de
2 ppm de hierro a un pH neutro a un costo incrementado. (3) Según los datos derivados de
la operación de la planta piloto, 1000 galones de drenaje ácido de la mina pueden ser tratado
por $ 1.09. Estos costos no incluyen los gastos para el procesamiento adicional de lodos.
(4) La formación de la escala será un problema operativo. (5) El manganeso, la alúmina y
18
la sílice también se eliminan mediante la neutralización de la cal resultante en una
disminución en la dureza total.
Detailed technical design for acid mine water treatment in novo Brdo Mine, Artana
(Linder, Mackenbach, & Novak, 2016)
Resumen: En el pasado, Trepça Mining & Metallurgical Complex era la columna vertebral
de la economía de Kosovo, Europa; siendo la minería la principal industria de Kosovo. Una
de las minas pertenecientes al Grupo de Minas Trepça, mina de plomo (Pb) y zinc (Zn).
Existen grandes cantidades de relaves y desechos mineros en el sitio, y por lo tanto, las
aguas ácidas contaminadas con sustancias peligrosas se descargan en el río Krivareka
(también conocido como Marevc). El propósito de este proyecto fue preparar el diseño
técnico detallado para el tratamiento del drenaje de la mina para neutralizar la acidez y
eliminar el flujo de metales pesados y otros contaminantes en el río. Por lo tanto, una
importante fuente de contaminación por metales pesados en el área debía ser eliminada. En
una primera fase, se recogieron y analizaron los datos disponibles sobre geología,
geografía, hidrología, hidrogeología, uso de la tierra, etc., recopiló nuevos datos y realizó
todas las encuestas necesarias, pruebas de laboratorio, muestreo e investigaciones del sitio
necesarias para preparar un diseño técnico detallado para un tratamiento de aguas ácidas
de minas planta. Los resultados de esta primera fase fueron cruciales para determinar las
fuentes y la escala de contaminantes, así como el régimen de flujo de agua contaminada.
Esta información era importante para determinar el método de remediación, la ubicación
más adecuada y la tecnología de tratamiento del agua. Sobre la base de estos datos, se hizo
19
la elección de la tecnología de tratamiento de agua para asegurar el tratamiento adecuado
del drenaje ácido de la mina. Finalmente, se seleccionó la tecnología de tratamiento activo.
Objetivos: Evaluar la situación actual y proponer una solución técnica apropiada para el
tratamiento del agua ácida de mina incluyendo el diseño de una planta de tratamiento de
agua.
Conclusiones: Todas las actividades, investigaciones y discusiones sugieren una Planta de
Tratamiento Activo, cuyo objetivo es la purificación de la salida de agua ácida de mina
Novo Brdo, Artana, para cumplir los requisitos aplicables a los valores de descarga y para
seguir las reglas y regulaciones del Gobierno de Kosovo. Sobre la base de los resultados
del diseño preliminar, se eligió el siguiente procedimiento de tratamiento activo: Ajuste del
valor de pH para la oxidación (valor de pH objetivo: 4 a 5), Oxidación de hierro,
manganeso, metales pesados, arsénico o sulfuros, Dependiendo de las condiciones
específicas del agua, la oxidación por oxígeno atmosférico puede no ser suficiente, en este
caso, la oxidación debe promoverse mediante la adición de peróxido de hidrógeno (H2O2),
Pre-establecimiento (sólidos suspendidos); Floculación / coagulación / ajuste del pH de
hasta 8.5 a 9.5 (coloides, metales, arsénico, coloides, dureza de carbonato) y
sedimentación; Neutralización a pH 6.5 a 8.5 (descarga al río); este paso incluye un
intercambiador de iones en serie para pulir y Deshidratación de lodos (espesador).
Diseño de un sistema de tratamiento para el drenaje ácido de mina basado en el
proceso de lodos de alta densidad (Espinosa Rodríguez, Hidalgo Millán, & Delgado
Delgado, 2016)
20
Resumen: En materia de protección al medio ambiente y del equilibrio ecológico, uno de
los principales problemas de la industria minera, se enfoca básicamente en la generación
de drenaje ácido debido a las tareas propias de exploración y de desarrollo de una mina.
Dependiendo del tipo de estructura mineralizada, los productos de la actividad minera en
conjunto con las soluciones que fluyen en una mina húmeda, constituyen zonas
potencialmente peligrosas para la generación de agua ácida. Este estudio, está enfocado en
la ocurrencia de drenaje ácido en la mina La Guitarra, ubicada en el país de México, a
través del cual se diseña un sistema de tratamiento de agua ácida de mina de lodos de alta
densidad.
Objetivos: Presentar a través de un estudio analógico, el diseño de una planta de tratamiento
para el drenaje ácido de esta mina, a través de los resultados obtenidos en la caracterizac ión
fisicoquímica del agua ácida, pruebas de jarras, sedimentación, relación óptima de lodos
recirculados y tasa de oxidación; considerando la cantidad mínima de equipos y reactivos
a utilizar, además de la producción mínima de volúmenes de lodo con un contenido mayor
de sólidos, el proceso de lodos de alta densidad representa una opción viable para el
tratamiento del AMD en la mina “La Guitarra”.
Conclusiones: El proceso de lodos de alta densidad ofrece varias ventajas como son, una
producción de lodos de bajo volumen y alta densidad, costos más económicos de operación,
equipo y de agente neutralizador la cal. En este sentido, el resultado global de este trabajo
no sólo involucró la selección del mejor proceso de tratamiento para el AMD, para el
drenaje ácido de la mina “La Guitarra”, siendo el proceso HDS el más viable comparado
con otros.
21
1.2. Descripción de la Realidad Problemática
El Perú en su superficie de 1`285,215.6 km2 (Instituto Nacional de Estadística e
Informática, 2018) ha sido privilegiado con una gran variedad de recursos naturales y con
una enorme diversidad biológica, una de las más importantes del mundo. El Perú es
privilegiado pues cuenta con importantes recursos hídricos superficiales, distribuido s en
159 cuencas hidrográficas (Autoridad Nacional del Agua, 2014), ubicándose entre los 20
países más ricos del mundo (Ministerio del Ambiente, 2011). El subsuelo alberga recursos
naturales de valor como lo son los minerales e hidrocarburos y su sector extractivo de éstos
es uno de los pilares del crecimiento económico del Perú.
A pesar de los bajos precios de los metales en el año 2016, el sector extractivo aportó el
13.6% del PBI nacional que representa a 68 037 millones de soles. Arequipa es una de las
regiones que más aporta al PBI extractivo (Ministerio de Energía y Minas, 2017). Entre el
2008 y el 2014, el país habría perdido más de 67,000 millones de dólares en inversiones
mineras no ejecutadas a causa de conflictos sociales y trabas burocráticas (Defensoría del
Pueblo, 2015).
La minería es una de las actividades industriales en el que se utiliza el agua y en parte de
sus operaciones genera volúmenes fundamentalmente por infiltración de los acuíferos
interceptados y de la escorrentía superficial; por lo que, es necesario contemplar las
medidas de prevención de la contaminación de las mismas durante las etapas de la actividad
minera (Aduvire, 2006).
En ese sentido, el Perú a través del tiempo ha venido tratando la importancia del cuidado
del medio ambiente; por lo que considerando que una de las principales fuentes de
contaminación del agua del proceso minero son los drenajes ácidos de mina (Aduvire,
22
2006), éstos a través del tiempo están siendo tratados óptimamente a fin de cumplir con la
normatividad ambiental vigente.
1.3. Formulación del Problema General
1.3.1. Problema General
¿Si se diseña la planta de tratamiento de aguas ácidas con alto contenido de Manganeso y
Zinc, con tratamiento selectivo, se podrá alcanzar el cumplimiento de la normativa
ambiental vigente?
1.3.2. Problemas Específicos
1. ¿Si se logra realizar el tratamiento selectivo de las aguas ácidas de mina con alto
contenido de Zinc y Manganeso, se podrá diseñar una planta de tratamiento de aguas
ácidas adecuada?
2. ¿Si se logra realizar el tratamiento selectivo de las aguas ácidas de mina con alto
contenido de Zinc y Manganeso se cumplirá con la normativa ambiental vigente.
1.4. Justificación de la investigación
A través del presente trabajo se realizará la caracterización de la muestra de agua ácida de
mina con alto contenido de Zinc y Manganeso, posteriormente se logrará un tratamiento
selectivo de las aguas ácidas de mina con alto contenido de Zinc y Manganeso y finalmente
se logrará proponer un diseño de planta de tratamiento de aguas ácidas que sea económico,
técnico y ambientalmente sostenible.
23
1.5. Objetivos de la investigación
1.5.1. Objetivo General
Realizar el tratamiento selectivo de las aguas ácidas de mina con alto contenido de Zinc y
Manganeso, para diseñar adecuadamente la planta de tratamiento de aguas ácidas.
Alcanzando el cumplimiento de la normativa ambiental vigente.
1.5.2. Objetivos Específicos
1. Realizar el tratamiento selectivo de las aguas ácidas de mina con alto contenido de Zinc
y Manganeso, se podrá diseñar una planta de tratamiento de aguas ácidas adecuada.
2. Realizar el tratamiento selectivo de las aguas ácidas de mina con alto contenido de Zinc
y Manganeso se cumplirá con la normativa ambiental vigente.
1.6. Hipótesis
1.6.1. Hipótesis General
Si se realiza el tratamiento adecuado de Zinc y Manganeso mediante procedimientos
selectivos, se logrará el cumplimiento de la normativa ambiental vigente.
1.6.2. Hipótesis Especificas
Hipótesis específica 1: Si se realiza el tratamiento selectivo de Zinc y Manganeso, se
logrará el diseño adecuado de la planta de tratamiento de aguas ácidas de mina.
Hipótesis específica 2: Si se realiza el diseño adecuado de la planta de tratamiento de aguas
ácidas con alto contenido de Zinc y Manganeso, se cumplirá con la normativa ambienta l
vigente, por lo que se podrá verter al cuerpo receptor.
24
1.7. Variables e Indicadores
1.7.1. Variables
Variable Independiente: X
X1 = Caudal de operación
X2 = Tiempo de retención
X3 = Contenido metálico de Zinc y Manganeso
Variables Dependiente: Y = f(X1, X2, X3)
Y = Diseño apropiado de planta de tratamiento de aguas ácidas de mina con alto
contenido de Manganeso y Zinc.
1.7.2. Indicadores
Indicadores Independientes:
X1= L/s
X2= minutos
X3= mg/L de Zinc y mg/L Manganeso
Indicadores Dependientes:
Eficiencia de la planta de tratamiento
Y= % de Eficiencia de la planta de tratamiento.
25
1.8. Limitaciones de la Investigación
La presente investigación se limita a desarrollar el tratamiento de la muestra de mina
proporcionada por la empresa minera Santa Luisa de la Unidad Minera Huanzalá. Por lo
que no podrá ser comparada con el sistema de tratamiento que posee la empresa
actualmente, debido a la alimentación al sistema de tratamiento actual está determinada
por las aguas ácidas de mina y otros afluentes de la unidad minera.
26
Capítulo II
Marco Teórico y Conceptual
2.1. Bases Teóricas
2.1.1. Historia de tratamientos de aguas acidas en mina:
Las aguas ácidas de mina se han generado durante varios siglos, y la actividad minera se
ha acelerado significativamente durante el siglo XX. Las aguas ácidas de mina constituyen
una fuente potencial de contaminación para el medio ambiente, los metales pesados y
ácidos se liberan en grandes cantidades. Una gran variedad de microorganismos se ha
encontrado en las aguas ácidas de mina y los procesos microbiológicos son generalmente
responsables del peligro ambiental creado por desechos mineros (Rodríguez & García
Cortés, 2006). Sin embargo, los microorganismos también pueden ser utilizados para
retardar el impacto adverso de las aguas ácidas de mina en el medio ambiente.
Convencionalmente, el agua ácida de mina puede ser tratada con un álcali para aumentar
el pH y precipitar los metales. El principal inconveniente de este método es que tiene que
ser repetido de forma continua para ser totalmente eficaz. También puede haber efectos
negativos sobre los microorganismos beneficiosos. Varios otros métodos de tratamiento
han sido desarrollados para detener procesos de meteorización reduciendo así el impacto
27
medioambiental de las aguas ácidas de mina. Un enfoque ha sido para influir en la propia
agua ácida de mina, mediante la reducción de la transferencia de oxígeno y agua para los
residuos. Esto puede conseguirse cubriendo los residuos o colocándolo bajo el agua.
Vegetando la cubierta probablemente también disminuir la transferencia de oxígeno y el
agua, y le dará a la zona de depósito de un aspecto más estético, (Baquero Úbeda,
Fernández Rubio, Verdejo Serrano, & Lorca Fernández, 2008).
2.1.2. Drenaje de ácido de mina – DAM:
Los drenajes ácidos de antiguos minados de carbón y minería metálica son una de las
principales fuentes de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas en el mundo.
Debido a que este problema puede persistir durante décadas e incluso cientos de años una
vez finalizado el ciclo productivo, existe la necesidad de prevenir su formación y aplicar el
tratamiento más adecuado cuando se ha formado (Aduvire, 2006).
Las causas principales de contaminación de fuentes de agua en la actividad minera a nivel
mundial son los drenajes ácidos de mina, siendo los más representativos los de bajos
valores de pH que se generan y por la movilización de metales, transportados en las
escorrentías, asociadas a los ambientes ácidos generados; por lo que, los vertimientos
pueden ser altamente tóxicos (Kalin, Fyson, & Wheeler, 2005).
Los sulfuros permanecen insolubles cuando se encuentran bajo condiciones reductoras;
pero cuando se oxidan liberan iones metálicos (Fe, As, Cd, Co, Cu, Pb, Zn, etc.), sulfatos
e hidrogeniones, los que generan problemas de contaminación en las fuentes de agua.
28
2.1.3. Mecanismo de Generación de Agua Ácida de Mina (AMD):
La oxidación de la pirita es según: (Ministerio de Minería Subsecretaría de Minería, 2012)
FeS2 + O + 7/2 H 2 O -------- Fe +2 + 2 SO42- - + 2H+ Ecuación 1
La oxidación del ión de hierro ferroso a ión hierro férrico:
Fe+2 + 1/4 O2 + H+ -------- Fe3+ + 1/2 H 2º Ecuación 2
De donde se observa se neutraliza 1 mol de protones.
El ión de hierro férrico se hidroliza a hidróxido férrico, precipitándose:
Fe+3 + 3 H 2 O -------- Fe (OH)3 (s) + 3 H+ Ecuación 3
De donde se observa se liberan tres moles de protones.
Se produce una acidificación mediante la liberación de protones y el mecanismo principa l
es la hidrólisis del hierro férrico, ocurriendo en los medios donde no hay presencia de
compuestos que puedan neutralizar esta reacción.
Cuando el pH tiene valores bajo 5 unidades, se oxida el ión ferroso a ión férrico, una de las
posibilidades es que esta reacción sea catalizada por bacterias quimiolitótrofas, como las
Acidithiobacillus ferrooxidans, con una subsiguiente disminución del pH hasta valores
cercanos a dos unidades, debido a que el hierro férrico se encarga de oxidar los sulfuros
presentes, inclusive en condiciones anóxicas, liberando 16 protones, como se puede
observar en la Ecuación 4.
Fe S2 + 14Fe 3+ + 8 H2 O--------- ¾¾®15Fe + + 2 SO - +16H+ Ecuación 4
29
Los restos denominados lixiviados generados en este proceso pueden reaccionar con otros
materiales presentes en el medio, produciendo la hidrólisis de otros minerales y haciendo
que se disuelvan otros elementos como Al, Ca, Mg, Mn, Na, Si, etc.
2.1.4. Categorías de drenajes de mina:
Los drenajes ácidos de mina pueden ser categorizados en varios tipos (Skousen, y otros,
1998):
Tipo 1: Drenaje que contiene poco o nada de alcalinidad (pH < 4.5) y contiene altas
concentraciones de Fe, Al, Mn y otros metales ácidos y oxígeno. Este tipo de agua residual
es la conocida drenaje ácido de mina AMD. El AMD podría referirse a los que tenga pH <
6 y contiene acidez neta (la acidez y mayor que la alcalinidad).
Tipo 2: Drenaje que contiene alto total de sólidos disueltos, alto hierro ferroso y Mn, con
bajo o sin contenido de oxígeno, y pH > 6. Una vez oxidada, el pH de esta agua cae
dramáticamente y se convierte en agua de tipo 1.
Tipo 3: Drenaje que contiene de moderado a alto el total de sólidos disueltos, de hierro
ferroso bajo a moderado y Mn, con bajo o sin contenido de oxígeno, pH> 6, y alcalinidad
mayor que la acidez (comúnmente llamado drenaje alcalino de la mina). Una vez oxidada,
el ácido generado por la hidrólisis del metal y las reacciones de precipitación son
neutralizados por la alcalinidad ya presente en el agua.
Tipo 4: Drenaje es neutralizado con AMD a un pH>6 y alto contenido de partículas totales
en suspensión. El asentamiento de hidróxidos metálicos en el agua aún no ha ocurrido. Con
el tiempo de residencia en el estanque, las partículas podrían sedimentar y formar agua de
tipo 5.
30
Tipo 5: El agua es neutralizada AMD, con pH> 6 y alto sólidos totales disueltos. Después
de que la mayoría de los hidróxidos metálicos se precipitaron en un estanque de
sedimentación, los principales cationes dejados en altas concentraciones en el agua suelen
ser disueltos como Ca y Mg. Los oxi-aniones solubles como el bicarbonato y el sulfato
también permanecen en solución. Si no hay alcalinidad u oxígeno en el proceso de
neutralización, el agua no alcanzará el tipo 5.
Otro tipo de drenaje de la mina se produce de minas con sulfuros menores y cantidades
bajas a moderadas de carbonato. El agua típicamente está cerca del pH neutro, la
conductividad específica es menor de 100uS/cm y la acidez y la alcalinidad están casi
equilibradas. Las que se clasifican como aguas inertes o neutras.
La mezcla de estos distintos tipos de aguas crea tipos transicionales de agua, por lo que es
importante el muestreo y análisis adecuados del pH, el estado del oxígeno y las
concentraciones de metales para determinar el tipo de drenaje de la mina y la intensidad de
su carácter ácido.
El drenaje ácido de mina es la consecuencia de la oxidación de algunos sulfuros minera les
(pirita, pirrotita, marcasita, etc.) en contacto con el oxígeno del aire y agua (De la Cruz
Carrasco, 2006):
Sulfuro mineral + Oxígeno + Agua = Sulfato + Acidez + Metal
Otros oxidantes como hierro férrico pueden reemplazar al oxígeno del aire en la reacción
y en algunos casos al oxígeno del agua:
Sulfuro mineral + Hierro férrico + Agua = Sulfato + Acidez + Metal
31
Mientras que los drenajes alcalinos de mina es el resultado de la disolución de óxidos,
hidróxidos y silicatos minerales:
Oxido/hidróxido mineral + Agua = Alcalinidad + Metal
Silicato mineral + Agua = Alcalinidad + Metal + Sílice acuosa
2.1.5. Otros Minerales Sulfurados Que Producen Ácido:
La resistencia de minerales a la intemperie y oxidación juegan un papel importante
medioambiental, en la generación y liberación de metales a partir de minera les o residuos
de procesamiento (Plumlee & Thomas, 2015)
La velocidad de oxidación varía de mineral en mineral, por lo que según su resistencia a la
intemperie en orden decreciente de reactividad es: Pirrotita, Calcocita, Galena, Esfaler ita,
Pirita, Enargita, Marcasita, Cinabrio.
Existen algunos minerales sulfurados que producen ácidos sulfúricos debidos a la
oxidación, metal sulfurado, relación de azufre, tipo de oxidante y minerales precipitantes.
2.1.6. Solubilidad de Ión y pH:
Los iones metálicos normalmente presentes en el AMD son típicamente relativamente
insolubles en ambientes alcalinos, y además pueden ser precipitados como hidróxidos
incrementando el pH.
Las solubilidades teóricas, determinadas por mediciones de cada ion individual disuelto
en agua destilada, se ilustran en la siguiente figura.
Las aguas de minas implican interacciones complejas y dan como resultado
desplazamientos de las curvas que se muestran en la siguiente figura; sin embargo, las
32
tendencias generales siguen siendo las mismas. El manganeso, por ejemplo, generalmente
puede precipitarse a pH ligeramente superior a 8, probablemente debido a la co-
precipitación con el Fierro (Carrera Alvarado & Domínguez Sánchez, 2012).
En situaciones no frecuentes el Manganeso no puede disponerse en el rango de pH 6 - 9
como lo señala la regulación ambiental, por lo que se permite elevar el pH ligeramente por
encima 9 para lograr la precipitación satisfactoria del ión Manganeso, (U.S. Environmenta l
Protection Agency, 1983).
Figura N° 2.1 Solubilidades Teóricas
Fuente: EPA – Design Manual Neutralization of AMD
2.1.7. Sistemas de tratamiento de drenaje ácido de mina:
Los sistemas de tratamiento de drenaje ácido de mina dependen de si las aguas ácidas son
superficiales (donde se utilizan cunetas, diques y pequeños embalses en los fondos de las
exploraciones) o subterráneas (donde se utilizan zanjas de drenaje, muros de intercepción,
pozos, galerías y otros). (Aduvire, 2006).
Como se describió previamente, el Drenaje Ácido de Mina (AMD) es una solución diluida
de ácido sulfúrico y sulfato de hierro, con hierro en forma ferrosa y / o férrica.
33
El tratamiento de agua ácida de mina generalmente se basa en la eliminación y aislamiento
de metales y aniones metálicos de las aguas; algunos consisten en técnicas de precipitación
que suelen ser efectivas para conseguir la calidad de efluente a verter; sin embargo, si
existen metales pesados disueltos en la solución en forma de complejos resulta complicado
por lo que es necesario añadir el agente precipitante. Asimismo, existen otras técnicas como
la oxidación, ozonización y oxidación bacteriana.
Cualquier vertido de efluentes de mina debe garantizar que éstos sean estables y que no
reaccionarán ni química ni biológicamente con los elementos naturales del entorno y que
no producirán daños al medio ambiente.
Existen varias opciones para el diseño en las que se pueden integrar sub procesos al sistema
general (U.S. Environmental Protection Agency, 1983); sin embargo, se clasifican en dos
grandes grupos:
2.7.1.1. Método activo: Se entiende la aplicación de los métodos ortodoxos de
depuración de aguas residuales, que generalmente incluyen el uso de reactivos
sintéticos, el uso de energía eléctrica y sedimentación intensificada. (Instituto
Geológico y Minero de España, 2005).
2.7.1.2. Método pasivo: Implica tratamiento en sistemas estáticos que contienen
materias naturales a través de reacciones bio-geoquímicas sin el uso de reactivos.
(Instituto Geológico y Minero de España, 2005).
34
Figura N° 2.2 Diagrama de Procesos para el Tratamiento de AMD
Fuente: EPA – Design Manual Neutralization of AMD
2.1.8. Tratamiento químico activo de drenajes ácidos:
Basados en la adición de sustancias alcalinas como cal, cal hidratada, caliza triturada, sosa
caustica, carbonato sódico o amoniaco, a fin de obtener la neutralización y alcanzar las
condiciones adecuadas para la precipitación de los metales pesados, estos metales
precipitan como hidróxidos insolubles en un intervalo de pH entre 8.5 a 10. Por ejemplo,
el hierro ferroso se convierte en un hidróxido ferroso a pH superior a 8.5, el manganeso se
transforma en insoluble cuando el pH es superior a 9.5, el aluminio precipita en el agua a
un pH 5.5 pero se vuelve otra vez soluble a pH superior a 8.5; por lo que dependiendo de
35
la clase de metales y su concentración en las aguas ácidas se elegirá el método de
tratamiento químico (Aduvire, 2006)
Los tratamientos químicos más comunes utilizados en instalaciones para tratar aguas ácidas
de mina:
2.1.8.1. Tratamiento con cal: La cal es el término general por definición que
abarca sólo formas quemadas de piedra caliza.
Las dos formas son el Óxido de Cal CaO (la principal desventaja es que es muy
costosa, necesita un control operacional muy cercana y el peligro de posibles
quemaduras para el operario) y Cal Hidratada Ca(OH)2 (la principal característ ica
es hidrófoba, es el más común para neutralizar y previo a conseguir una mezcla con
el agua ácida se necesita dispositivos de agitación, incorporándose la aireación para
obtener la oxidación, (U.S. Environmental Protection Agency, 1983).
Existen otros agentes neutralizantes como Carbonato sódico, Hidróxido sódico,
Amoniaco, Sulfuro sódico, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico y dióxido de carbono,
cuyas ventajas e inconvenientes se presenta en la siguiente figura: (Kuyucak,
2006).
36
Tabla N° 2.1 Agentes empleados para la eliminación de iones metálicos
pesados por precipitación
AGENTE DE
PRECIPITACIÓN
VENTAJAS INCONVENIENTES
Hidróxido cálcico Bajo coste
Impurezas, proceso lento.
Precipita CaSO4 , CaCO3
Carbonato sódico Soluble. Rápido Coste superior
Hidróxido sódico Limpio. Rápido Coste relativamente alto
Amoniaco Soluble. Rápido
Formación de complejos,
nitrato amoniaco residual
Sulfuro sódico productos muy insolubles Desprenden H2S
Ácido sulfúrico Rápido. Bajo coste Precipita CaSO4
Ácido clorhídrico Rápido. Limpio Coste relativamente alto
Dióxido de carbono
Disponibles gases
combustibles
Fuente: Drenaje Ácido de Mina, Osvaldo Aduvire-2006
- Remoción de metales disueltos: Después de la neutralización de las aguas ácidas, las
propiedades nocivas disminuyen, cambiando la situación del metal. Otro rol de la
neutralización de cambiar el componente del metal que existe como ión en las aguas
ácidas de mina en partículas sólidas insolubles. (Japan Oil Gas and Metals National
Corporation - JOGMEC, 2013).
- Constante producto de solubilidad del metal hidróxido: En relación al ión metálico y
ión hidróxido, existen algunas limitaciones superiores del espesor que permite la
existencia en la forma del ión en agua. Como producto del ión en caso de ionizac ión
37
de H2O en H+ y OH- , el ión metálico y ión hidróxido se combinan produciendo
partículas de hidróxido metálico que disuelven el espesor de ambos iones que
exceden la limitación superior mencionada. La limitación superior del espesor que
permite que el metal permanezca en el agua como una forma de ión es la solubilidad
del metal en agua y su magnitud depende de la clase de metal, de la temperatura de
la solución del agua y de la concentración del ión de hidrógeno, (Japan Oil Gas and
Metals National Corporation - JOGMEC, 2013).
Si se considera M n+ como ión metálico y con valencia n y M(OH)n como su partícula
de hidróxido, la fórmula disociadora del equilibrio del hidróxido de este metal es:
M (OH)n ↔ Mn+ + n (OH-)
Donde [Mn+] se considera la solubilidad expresada en mol/L de ión metálico con
valencia n y n [OH] es la molaridad expresada en mol/L del ión de hidróxido, el
producto de los valores de ambos espesores (llamados por constante de producto de
solubilidades) es siempre constante a menos que cambie la temperatura. Tomando el
valor como K, y si 10-14n/ [H+] se sustituye por [OH-] como producto del ión del agua
10-14.
K = [Mn+]*[OH-] n = 10-14n * ([Mn+]/ [H+]n)
Log [Mn+] = Log K + 14n – n * pH
38
Tabla N° 2.2 Constantes del Producto de Solubilidades de varios
Hidróxidos metálicos
Metales
Hidróxi
dos
Ión metálico
Constante de
solubilidad Mn+
+ n(oh)
pH Solubilidad
= efluente
estándar
Constante de
solubilidad Mn-1
Cobre
Cu
(OH)2
Cu+2 2.8 x 10-20 6.77 10-17.6
Zinc
Zn
(OH)2
Zn+2 7.0 x 10-18 7.87 10-17.6
Plomo
Pb
(OH)2
Pb+2 4.0 x 10-15 9.47 10-17.6
Hierro
Fe
(OH)2
Fe+2 8.0x 10-16 8.41 (-)
Hierro
Fe
(OH)3
Fe+3 6.0 x 10-38 2.84 (-)
Cadmio
Cd
(OH)2
Cd+2 2.8 x 10-14 10.2 (-)
Magnesio
Mg
(OH)2
Mg+2 1.1 x 10-11 (-) (-)
Aluminio
Al
(OH)2
Al+2 2.0 x 10-32 (-) 10-17.6
Manganeso
Mn
(OH)2
Mn+2 1.6 x 10-13 9.52 10-17.6
Níquel
Ni
(OH)2
Ni+2 6.5 x 10-18 (-) 10-17.6
Cromo Cr(OH)2 Cr+2 7.0 x 10-31 5.6 10-17.6
Fuente: Introducción del control de la contaminación minera en las minas abandonas en Japón
39
- Precipitación de hidróxido metálico por neutralización: En el agua ácida con baja
concentración de hidróxidos, el metal se disuelve en agua produciendo iones, una vez
que se agrega el neutralizador y el pH aumenta, la concentración del ión metálico y
del ión hidróxido excede la constante del producto de solubilidad del hidróxido
metálico. Como resultado del exceso, ión metálico e ión de hidróxido se combinan
haciendo precipitar la partícula del hidróxido metálico como partícula sólida. Resulta
posible separar metal de solución acuosa a través del proceso de aglomeración-
sedimentación en que sustancias de iones metálicos en solución acuosa cambia a
partículas sólidas de hidróxido metálico. Por lo tanto, la neutralización de las aguas
ácidas de mina significa no sólo bajar el grado de acidez, sino que también de cambiar
la naturaleza del metal de tal manera que sea separada físicamente o removida de la
solución acuosa. La solubilidad del ión metálico es muy alto bajo condiciones ácidas ;
sin embargo, resulta más pequeño con el aumento del pH. Debe mencionarse también
que no sólo los iones de un metal específico, sino que también varias clases de iones
pueden coexistir en las aguas ácidas, lo mismo que explica el comportamiento de
algunos iones. Por ejemplo, en la neutralización de las aguas ácidas de mina, el metal
(hierro o aluminio) que precipita a no tan altos valores de pH, precipita y se estabiliza
junto con otros metales (arsénico, cadmio, etc.) que se supone que permanecen como
iones en el agua dentro del rango del pH. Este fenómeno se llama co-precipitación y
ocurre porque los iones metálicos al disolverse en las aguas ácidas son absorbidos
sobre la superficie de las moléculas de hidróxido precipitados.
En realidad, el cambio de la solubilidad de los iones metálicos asociados con la
neutralización no es tan simple, la razón es que la acción y la interacción entre los
40
elementos son muy complejos en las aguas ácidas que contienen muchas clases de
metales y sustancias disueltas. Asimismo, los agentes neutralizantes y procesos
adicionales dependiendo de la propiedad de cada agua ácida o la situación de las
facilidades para cada tratamiento de agua, (Japan Oil Gas and Metals National
Corporation - JOGMEC, 2013).
2.1.8.2. Tratamiento químico convencional: Incluye 05 etapas:
homogeneización, neutralización, aereación, sedimentación y disposición de lodos.
El sistema empleado es de flujo continuo y por gravedad. Para simplificar el sistema
de control y minimizar la mano de obra, se necesita un flujo constante con
variaciones pequeñas. Para realizar esto, el drenaje de mina se colecta en grandes
depósitos de homogenización o en pilas. Estos depósitos deben tener una capacidad
de almacenamiento de 2 o 3 días, para el caso de periodos de suspensión de caudal.
Normalmente el drenaje es mantenido en el tanque de 12 a 24 horas para su
homogenización y para asegurar que el tratamiento sea de calidad en las siguientes
etapas.
La aireación es el proceso directo de oxidación del ión ferroso a la forma férrica
menos soluble. El ión ferroso es mucho más soluble que el ión férrico, con una
solubilidad mínima en el intervalo de pH de 9 a 12 (U.S. Environmental Protection
Agency, 1983).
41
Figura N° 2.3 Proceso de Neutralización convencional
Fuente: EPA – Design Manual Neutralization of AMD
2.1.8.3. Proceso de Lodos de Alta Densidad (HDS): Es una modificación del
proceso de neutralización convencional y consiste simplemente en la recirculac ión
de lodos, la que se utiliza para llevar a cabo una reactividad mayor de cal y producir
pequeños volúmenes de lodos con un contenido mayor de sólidos. Los lodos son
retornados a un reactor, donde se le adiciona cal hidratada, (U.S. Environmenta l
Protection Agency, 1983).
La remoción de los lodos es realizada en espesadores. Según estudios la densidad
de lodos puede ser tan grande como el 50%, dependiendo de la relación ión
ferroso/férrico, (American Water Works Association, 1990).
42
Figura N° 2.4 Proceso de Lodos de Alta Densidad
Fuente: EPA – Design Manual Neutralization of AMD
2.1.8.4. Otros procesos de tratamiento: Existen otros álcalis como el carbonato
de sodio, el hidróxido de sodio o el carbonato de calcio.
El tratamiento con hidróxido de sodio es común en operaciones superficiales de
mina. Asimismo, existen otros métodos de tratamiento como ósmosis inversa,
intercambio iónico y ablandamiento químico.
2.1.8.4.1. Ósmosis inversa: Es altamente efectiva en la remoción de
sólidos disueltos en el drenaje ácido de mina. El producto tendrá baja
concentración de sólidos disueltos, usualmente menor que 100mg/L, pero
puede contener constituyentes químicos o bacterias que exceden los
límites permisibles en agua.
Asimismo, es un proceso complicado y costoso comparado con otros
métodos de tratamiento, por lo que se deben desarrollar pruebas en planta
piloto para establecer parámetros de diseño.
43
2.1.8.4.2. Intercambio Iónico: Se utiliza para la remoción de iones
disueltos y producir agua de excelente calidad para usos industriales. Este
tratamiento está definido como el intercambio reversible de iones entre un
medio sólido y la solución acuosa; para ser efectivo el intercambio iónico,
el medio sólido deberá contener iones propios, ser insoluble en agua y tener
estructura porosa para el libre paso de las moléculas de agua. Entre la
solución y el medio de intercambio se mantiene un balance de cargas, es
decir la electroneutralidad; el número de cargas, no el número de iones,
debe permanecer constante.
2.1.8.4.3. Ablandamiento Químico: Es empleado como un proceso de
tratamiento para remover iones en el drenaje ácido de mina, considerando
al efluente para algún uso industrial o posiblemente como agua potable. El
proceso de ablandamiento ha sido usado para disminuir la dureza de agua
y puede ser adaptado para tratar drenaje ácido de mina.
2.1.9. Tratamiento por métodos pasivos de drenaje ácido:
Considerando que los sistemas pasivos tienen mayor eficacia en el tratamiento de pequeños
caudales, como los que se generan en minas abandonadas, conviene realizar primero la
estabilización física y geotécnica de las estructuras mineras a clausurar, seguido de los
trabajos de sellado y restauración para minimizar las descargas de efluentes. Una vez
recogido los drenajes residuales y antes de elegir el sistema de tratamiento, se debe
44
proceder a su caracterización geoquímica (pH, oxígeno disuelto, conductividad, contenido
de metales y otros), y poner especial atención a las condiciones hidrológicas del lugar, así
como a los cambios de temperatura y clima. Entre los principales aspectos a tener en cuenta
en el diseño de un sistema pasivo, tenemos: las características del agua a tratar, el área o
superficie, la geometría del dispositivo, la profundidad de las celdas, el tiempo de retención
hidráulica y la composición del substrato. Entre los métodos de tratamiento pasivo que
podrían aplicarse, para flujos superficiales tenemos los humedales artificiales, drenajes
anóxicos, balsas orgánicas y sistemas de producción alcalina; para flujos subterráneos las
barreras reactivas permeables (PRB, Permeable Reactive Barriers), y para lagos mineros
los bioprocesos anaerobios. El objetivo principal es la supresión de la acidez, la
precipitación de los metales pesados y la eliminación de sustancias contaminantes.
(Aduvire, 2006).
2.1.10. Criterios de Diseño de sistema de tratamiento:
2.1.10.1.Tanques mezcladores:
Existen básicamente tres aplicaciones de mezcla de tratamiento de AMD. Los
mezcladores se utilizan en calderas y tanques de almacenamiento de lodos de cal,
tanques de mezcla rápida y tanques de floculación. Los diseños recomendados, se
puede resumir, (Holly & Shorney-darby, 2012):
Los tanques de mezcla de lodo existen en una amplia gama de tamaños. Tanques
muy pequeños menos de 3000gal, están equipados con mezcladores de hélices
portátiles montados en ángulo o con mezcladores de hélice de montaje fijo con
deflectores.
45
Los tanques de mezcla relámpago tiene el tamaño adecuado para proporcionar un
tiempo de detención entre 10 a 30 segundos. El mezclador empleado es casi siempre
un mezclador de hélice portátil montado en ángulo dimensionado en consecuencia,
pero limitado 2.24 Kw.
Para mejorar la coagulación química y mejorar el rendimiento de sedimentación, se
pueden usar floculadores mecánicos. Se debe proporcionar un tiempo de retención
de floculación de 3 a 5 minutos antes de la instalación. Hay varios tipos de
floculadores disponibles, incluidas paletas verticales y horizontales, y unidades de
turbina.
No obstante, el diseñador debe tener en cuenta que una mezcla buena y completa
no siempre se logra fácilmente.
2.1.10.2.Sedimentadores:
El rendimiento de asentamiento se relaciona con la carga superficial hidráulica, que
se calcula dividiendo el flujo (L/d) por la superficie del sedimentador (m2), con la
carga superficial hidráulica resultante en unidades de L/d / m2 (gal/d/ft2). Los
valores comunes oscilan entre 175 y 350 L/d/m2 (500 a 1,000). Asimismo, el
rendimiento del sedimentador está relacionado con la carga hidráulica de la
superficie y las siguientes variables: 1. Turbulencia del flujo a tratar 2. Distribuc ión
de la velocidad en todo el sedimentador; 3. Interacción de partículas 4. Re-
suspensión de partículas, (Gusek & Figueroa, 2009).
46
Comenzando en la superficie del agua, una partícula debe establecer la profundidad
(D) de una velocidad (Vs) tal que el tiempo de asentamiento sea menor o igual que
el volumen del flujo a tratar. Empíricamente se expresa:
𝐷
𝑉𝑠= 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖ó𝑛… … … . (1)
𝐷 (𝑚)
𝑉𝑠=
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝐿 𝑥 𝑊 𝑥 𝐷)
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 (𝑚3
𝑚𝑖𝑛)
… … … . (2)
𝑉𝑠 (𝑚
𝑚𝑖𝑛) =
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 (𝑚3
𝑚𝑖𝑛)
Á𝑟𝑒𝑎 (𝑊𝑥𝐿)(𝑚2)… … … . (3)
Por lo tanto, se eliminan todas las partículas que tienen una velocidad de
sedimentación (vs) mayor o igual a la superficie hidráulica (flujo / área). La
floculación de partículas en grandes aglomeraciones produce velocidades de
asentamiento no uniformes. Además, la influencia de altas concentraciones de sal
suspendida tiende a asentarse como una masa o como partículas discretas.
Determinación experimental de la velocidad de sedimentación, (Universidad de
Granada, s.f.):
Como fuerza impulsora en la operación de la sedimentación actúa el campo
gravitatorio, esta operación se puede realizarse en régimen continuo o discontinuo.
Para la determinación de la velocidad de sedimentación se utilizan datos obtenidos
en una sedimentación discontinua, realizada con suspensiones de diferente
concentración inicial.
47
Para la obtención experimental en el laboratorio de las velocidades reales de
sedimentación se realiza un ensayo que consiste en la sedimentación de una
suspensión, de concentración de sólidos conocida, en una probeta. Las distintas
etapas que se observan se esquematizan en la siguiente figura:
Figura N° 2.5 Prueba de sedimentación en probeta
Fuente: Determinación experimental de la velocidad de sedimentación-
Universidad de Granada
Al comienzo del ensayo de sedimentación todas las partículas descienden en
sedimentación libre y velocidad constante en la zona (B) de la suspensión, cuya
concentración de sólidos es también constante. Por encima de esta zona aparece una
zona (A), de líquido claro. A lo largo del ensayo la altura h del límite de separación
del líquido claro (A) y la zona de sólidos suspendidos (B), disminuye a velocidad
constante y en el fondo de la probeta aparece una nueva zona (D), que contiene las
partículas sedimentadas, al tiempo que entre las zonas (B) y (D) surge una zona de
48
transición (C) cuyo contenido en sólidos varía entre el que existe en la zona (B)
hasta el que hay en la zona (D).
Cuando la sedimentación avanza, las zonas (B) y (C) disminuye de tamaño hasta
desaparecer, marcando en ese momento el comienzo de la etapa de compresión de
la zona (D). Este instante se denomina punto crítico y, a partir del mismo, el líquido
contenido en la zona A es desplazado por los sólidos, al tiempo que el espesor de la
zona de compresión disminuye. Los datos h - t obtenidos a partir del ensayo de
laboratorio tienen la forma que muestra la siguiente figura:
Figura N° 2.6 Gráfica de Prueba de sedimentación
Fuente: Determinación experimental de la velocidad de sedimentación-
Universidad de Granada
A partir de estos datos será necesario determinar de qué forma la velocidad de
descenso de las partículas sólidas, V, es decir, la velocidad de sedimentación, es
afectada por la concentración de la suspensión, C, con objeto de poder sustituir
dicha relación en la ecuación que permite calcular el área de un sedimentador
49
continuo. Así, si se llama hi a la altura del límite inferior de la zona (A), su posición
en cada momento vendrá dada por:
ℎ𝑡 = ℎ0 − 𝑣. 𝑡𝑡 … … … . (1)
Es decir, si se miden las alturas desde la base de la probeta, la diferencia entre la
altura inicial, ho (a la que le corresponde la concentración inicial, Co), y el espacio
recorrido por los sólidos, que sedimentan a la velocidad v. Obsérvese en este punto
que, para continuar con el razonamiento, se aceptará la hipótesis propuesta por
Kynch (1952), que considera que la velocidad de sedimentación, V, solamente
depende de la concentración de la suspensión, C.
Teniendo en cuenta que a esa velocidad v le corresponde una concentración C,
podrá establecerse el balance de materia:
(ℎ𝑡 − 𝑣. 𝑡𝑡). 𝐶. 𝐴 [𝐾𝑔] = ℎ𝑜 . 𝐶𝑜 . 𝐴 [𝐾𝑔] … … … . (2)
Luego se obtiene:
ℎ𝑡 = ℎ𝑜 . 𝐶𝑜
𝐶− 𝑣 . 𝑡𝑡 … … … . (3)
Ecuación de una recta en la gráfica experimental de sedimentación intermitente h -
t, que representa la pendiente (tangente) en cualquier punto i de la curva obtenida
(velocidad de desplazamiento de la interfase, dh/dt, variable a lo largo del
experimento).
50
Correspondiente a la siguiente gráfica:
Figura N° 2.7 Determinación de la sedimentación
Fuente: Determinación experimental de la velocidad de sedimentación-
Universidad de Granada
En resumen, trazando varias tangentes a la curva h - t de sedimentación intermitente
podrán obtenerse las parejas de valores V - C necesarias para el cálculo del área del
sedimentador continuo. Evidentemente, se obtendrán tantos valores del área como
pendientes se determinen. El valor utilizado para el diseño tendrá que ser el mayor
de todos los obtenidos, con objeto de asegurar que el área utilizada permita el paso
de todos los sólidos contenidos en la suspensión. Obsérvese que las tangentes
pueden ser trazadas partiendo de valores predeterminados de la ordenada en el
origen, o lo que es lo mismo, de la concentración (ya que Lo y Co son datos de
diseño del sedimentador continuo), lo que facilita no sólo el trazado geométrico,
sino también la obtención del tiempo de residencia, t r, de los sólidos en el
51
sedimentador, dato imprescindible para el cálculo de la altura del sedimentador
continuo, (Svarovsky, 1977).
2.1.10.3.Método de la Ley de Stocks: (Organización Panamericana de la Salud,
2005)
Considerando la Ley de Stokes:
𝑉𝑠 = (𝜌𝑝 − 𝜌𝑓 ) . 𝑔 . 𝑑2𝑝
18µ… … … . (1)
Donde:
Vs: velocidad de sedimentación (m/s)
ρ p: densidad de las partículas (Kg/m3)
ρ f: densidad de fluido (Kg/m3)
g: aceleración de la gravedad (m/s2)
dp: diámetro de la partícula (m)
µ: viscosidad dinámica del fluido (Ns/m2)
Es importante considerar que, al utilizar la ley de Stokes, se obtienen valores
representativos de la velocidad límite de sedimentación solamente cuando el
número de Reynolds es inferior a 0.3, por lo que después de realizar los cálculos
será necesario comprobar que Re se encuentra por debajo de dicho valor.
52
De otro lado se tiene el Número de Reynolds:
𝑅𝑒 = 𝜌𝑓 . 𝑉𝑠 . 𝑑𝑝
µ… … … . (2)
En caso de que Re sea mayor que 0.3, es necesario realizar un reajuste de la
velocidad límite de sedimentación, para lo cual se emplea el gráfico de la siguiente
gráfica diseñado por Fair y Geyer. Este gráfico permite obtener el término de la
velocidad de sedimentación (eje de coordenadas) = a partir del diámetro de partícula
(eje de abscisas).
Figura N° 2.8 Valores de asentamiento (Rivas Mijares, 1978)
Fuente: Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores
53
2.2. Marco Conceptual
2.2.1. Acidez: Una medida de la capacidad de una solución para neutralizar una base
fuerte. Se determina analíticamente por titulación. La acidez de una solución generalmente
aumenta a medida que su pH disminuye. Sin embargo, soluciones con valores de pH
similares pueden tener acidez diferente, (Aduvire, 2006).
2.2.2. Acidez de las aguas de mina: La consecuencia directa de la actividad minera al
llevar a cabo la explotación de un yacimiento es la geo disponibilidad de materiales hacia
el medioambiente.
2.2.3. Aeróbico: En presencia de oxígeno.
2.2.4. Alcalinidad: Un a medida de la capacidad de una solución para neutralizar un
ácido fuerte. Es determinada analíticamente por titulación. La alcalinidad de una solución
generalmente disminuye a medida que su pH disminuye. Sin embargo, sustancias con
valores de pH similares pueden tener muy diferentes alcalinidades.
2.2.5. Alcalinidad de las aguas ácidas: Los mecanismos atenuadores de la acidez serán
aquellos procesos que presenten la capacidad de reducir la concentración de hidrogeno ides
en solución.
2.2.6. Caracterización de aguas ácida de mina: La geoquímica de las aguas ácidas de
mina es un fenómeno complejo al haber diversos procesos físicos, químicos y biológicos
jugando un papel importante en la producción, liberación, movilidad y atenuación de los
contaminantes, comprende una serie de procesos, como la oxidación de la pirita y otros
sulfuros, la oxidación e hidrólisis del hierro disuelto y otros metales, la capacidad
neutralizadora del mineral, la capacidad neutralizadora de las aguas bicarbonatadas, la
disponibilidad del oxígeno, entre otros (Banco Interamericano de Desarrollo, 1997).
54
2.2.7. Eh – pH: El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH
indica la concentración de iones hidronio [H3O]+ presentes en determinadas disoluciones.
Asimismo, en los drenajes ácidos de mina el potencial REDOX indica el grado de
oxidación de los sulfuros, por tanto, da una medida de la generación o no de acidez. La
medida de pH no es suficiente para indicar la acidez potencial de los drenajes de mina ya
que a pH cercanos a neutro pueden existir elevadas concentraciones de Fe2+ que generan
acidez si se oxida e hidroliza, (Kurtz, Bilex, Schlenstedt, & Kochan, 2009).
2.2.8. Generación de acidez: La consecuencia directa de la actividad minera al llevar a
cabo la explotación de un yacimiento es la geo-disponibilidad de materiales hacia el
medioambiente, al dejar disponibles ciertos elementos que antes no lo estaban, o lo estaban
de forma mucho más limitada. Cabe destacar, que muchos yacimientos minera les,
particularmente los de menas sulfuradas, son en sí fuentes naturales de contaminac ión
ambiental. Esto depende en gran medida de si son o no aflorantes, de su ubicación respecto
al nivel freático, de su composición mineralógica, de la superficie descubierta, de los
factores climáticos y de otros aspectos, que van a producir la alteración y disolución de
estos materiales. Estas transformaciones físicas, químicas y biológicas, dan origen a unos
drenajes de mina que por lo general son ácidos y contienen elevadas concentraciones de
Fe, Al, SO4, además de Zn, Mn, Mg, Cu, Cd, Pb y As, que provienen de la disolución de
sulfuros y otros minerales asociados. Estos efluentes son una de las principales fuentes
potenciales de biodisponibilidad de elementos contaminantes, que degradan la calidad de
las aguas superficiales y subterráneas. Dado que este problema puede persistir durante
décadas e incluso cientos de años una vez finalizada la vida de la explotación, es
55
conveniente estudiar su generación y realizar un inventario de los puntos de descarga, así
como determinar sus características principales, (Kalin, Fyson, & Wheeler, 2005).
2.2.9. Geoquímica de las aguas ácidas: Es un fenómeno complejo al haber diversos
procesos físicos, químicos y biológicos jugando un papel importante en la producción,
liberación, movilidad y atenuación de los contaminantes (Brown, Barley, & Wood, 2012).
2.2.10. Oxígeno disuelto en drenajes ácidos de mina: Por lo general los drenajes ácidos
de mina que proceden del interior de las labores mineras tienen poco oxígeno y predominio
de la fase ferrosa.
2.2.11. Especiación en aguas de mina: La estabilidad geoquímica y la toxicidad de un
agua de mina está relacionada con la forma y presencia de contaminantes en el medio, por
tanto, no es suficiente saber cuánto hierro, aluminio, mercurio, plomo o azufre contiene un
agua, sino que es necesario saber también en qué forma química se encuentran en el mismo,
(Aduvire, 2006).
2.3. Legislación Ambiental Peruana
2.3.1. Modificación de los Estándares de Calidad Ambiental para Agua (D.S. Nº
004-2017-MINAM) y Disposiciones para su Implementación (D.S. N° 023-2009-
MINAM):
La Modificación de los Estándares de Calidad Ambiental agua, (Diario El Peruano, 2017),
son aplicables a los cuerpos de agua del territorio nacional en su estado natural y son
obligatorios en el diseño de las normas legales y las políticas públicas siendo también un
referente obligatorio en el diseño y aplicación de los instrumentos de gestión ambienta l,
dentro de los alcances de las disposiciones establecidas para su implementación.
56
Los ECA se definen como el nivel de concentración o el grado de elementos, sustancias o
parámetros físicos, químicos y biológicos presentes en el agua, en su condición de cuerpo
receptor y componente básico de los ecosistemas acuáticos, que no representa riesgo
significativo para la salud de las personas ni para el ambiente. La norma establece valores
de ECA para distintos parámetros, agrupándolos en cuatro Categorías: Categoría 1:
Poblacional y Recreacional; Categoría 2: Actividades de Extracción y Cultivo Marino
Costeras y Continentales; Categoría 3: Riego de Vegetales y Bebida de Animales;
Categoría 4: Conservación del ambiente acuático.
El D.S. Nº 023-2009-MINAM, (Diario El Peruano, 2009), precisa el alcance de las
categorías de los ECA para agua; asimismo establece que en la evaluación y aprobación de
los instrumentos de gestión ambiental.
2.3.2. Aprueban Límites Máximos Permisibles para la Descarga de Efluentes
Líquidos de Actividades Minero - Metalúrgicas (D.S. Nº 010-2010-MINAM):
El D.S. N° 010-2010-MINAM, (Diario El Peruano, 2010), establece los nuevos LMP para
la descarga de efluentes líquidos de Actividades Minero-Metalúrgicas. Los LMP se
establecen para los parámetros de sólidos totales en suspensión y aceites y grasas; así como
para el cianuro, arsénico, cadmio, cobre, plomo mercurio y zinc totales; el hierro disuelto
y cromo hexavalente en muestra no filtrada. En el Anexo N° 1 de dicho decreto se
establecen los LMP en dos grupos, el Límite en cualquier momento y el Límite para el
promedio anual.
Asimismo, el decreto establece claramente que no está permitido diluir el efluente con agua
fresca antes de su descarga a los cuerpos receptores con la finalidad de cumplir con los
57
LMP establecidos en el Anexo N° 1 de esta norma. Cabe señalar que el D.S. N° 010-2010-
MINAM establece la definición de Programa de Monitoreo como un documento de
cumplimiento obligatorio que es aprobado como parte de la certificación ambiental por la
autoridad competente y puede ser modificado por esta de oficio o a pedido de parte, a
efectos de eliminar, agregar o modificar puntos de control del efluente y cuerpo receptor,
parámetros y frecuencias, siempre que exista sustento técnico apropiado. Además, el D.S.
Nº 015-2015-MINAM establece los plazos para la adecuación de los instrumentos de
gestión ambiental de las actividades minero metalúrgicas, a los nuevos ECA para agua y
LMP para las descargas de efluentes, prorrogándose el plazo para los nuevos ECA hasta el
19 de diciembre de 2015 y para los LMP hasta el 15 de octubre de 2014.
58
Capítulo III
Metodología de la Investigación
3.1. Tipo, nivel y diseño de investigación:
3.1.1. Tipo de investigación:
El presente trabajo de investigación es de carácter Aplicativo.
3.1.2. Nivel de investigación:
Conforme a los propósitos y naturaleza de la investigación; el estudio se ubica en el nivel
descriptivo, explicativo, científico y de correlación.
3.1.3. Diseño de investigación:
Respecto a lo desarrollado es un diseño experimental, haciendo uso del Laboratorio del
Instituto de Minería y Medio Ambiente de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y
Metalúrgica de la Universidad Nacional de Ingeniería.
3.2. Población y muestra:
3.2.1. Universo:
59
Constituye el agua ácida de mina previo tratamiento para su posterior evacuación a un
cuerpo de agua.
3.2.2. Tamaño de la muestra:
La investigación pretende evaluar una propuesta de diseño de planta de tratamiento de
aguas ácidas de mina, por lo que se ha previsto una población representativa de 50 litros de
agua, que pertenece a las operaciones de la Unidad Minera de Santa Luisa de la Compañía
Minera de Huanzalá.
Para la obtención de la muestra se obtuvo el apoyo del personal de trabajo de la unidad
minera.
Con la muestra proporcionada es oportuno tomar información del agua ácida con ayuda de
un multiparámetro a fin de determinar los parámetros fisicoquímicos.
3.3. Técnicas e instrumentos para recoger información:
3.3.1. Técnicas:
La técnica de recolección de datos cuenta con dos etapas:
a. Etapa de Gabinete: Se elaboró un plan de trabajo, recolección y procesamiento de datos;
a través de la compilación bibliográfica y la ubicación de la muestra en un plano
topográfico.
b. Etapa de Campo: Se obtuvo una muestra de 50 Litros (02 bidones de 25L cada uno) de
agua ácida de mina de la Unidad Minera Huanzalá de la empresa minera Santa Luisa, la
cual fue solicitada mediante una carta formal.
60
3.3.2. Materiales, equipos utilizados y reactivos:
a. Materiales:
- 50 L de agua ácida de mina, proporcionada por la empresa minera.
- 04 Probetas graduadas de 1L
- 02 Vasos precipitados de 1L
- 02 Vasos precipitados de 2L
- 04 Vasos precipitados de 1/2L
- 04 Vasos precipitados de 250ml.
- 02 Jarras de ½ L
- Marcadores indelebles
- 02 Lunas de reloj
- Tubos de ensayo
- Gradilla de tubos de ensayos
- Regla de 60cm
- Cronómetro
- Guantes de látex
- Mandil de laboratorio
b. Equipos:
- Balanza micro analítica
- Equipo multiparámetro
- Agitador magnético
- Equipo de Absorción Atómica AAnalyst A400
61
c. Reactivos:
- Cal Hidratada: Ca (OH)2 con 79.82% de pureza.
- Hipoclorito de Sodio de 1.19g/L
- Aire: mezcla de Nitrógeno (78%) y Oxígeno (21%)
- Floculante Magnafloc con concentración de 0.05% W/V
3.4. Desarrollo de la investigación:
3.4.1. Evaluación Experimental:
Se realizaron lo análisis específicos de AMD como las pruebas de caracterizac ión,
sedimentación, recirculación óptima de lodos y la prueba de velocidad de oxidación, (U.S.
Environmental Protection Agency, 1983).
Se inicia el desarrollo de investigación de las 02 muestras de aguas ácidas de mina de la
Unidad Minera Huanzalá de Compañía Minera Santa Luisa, la cual fue solicitada
oficialmente a la empresa minera.
La serie de pruebas se realizaron en el Laboratorio del Instituto de Minería y Medio
Ambiente de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Inicialmente se realizó la caracterización y luego el tratamiento de las muestras de agua
correspondiente al efluente minero con caudal de 180 L/s con valores de pH 2.5; teniendo
alto contenido de Fe, seguido por Zn, Mn, Cu, Cd y As; y que al ser tratadas en pH 9.0
con agitación seguido de floculación y sedimentación, permiten obtener agua tratada de
calidad para adecuarse a los parámetros del Decreto Supremo Nº 010-2010 y lodos con
carbonatos e hidróxidos de Zn, Fe, Mn, Co, Ni, As, Cu, Pb, etc.
62
Figura N° 3.1 Muestras de agua ácida de mina
Fuente: Elaboración propia
3.4.1.1. Caracterización de la muestra de agua ácida: Se realizó la
homogeneización de las muestras de agua ácida de mina (02 bidones de 25 L cada
uno).
Cabe señalar que se realiza previamente la calibración del multiparámetro.
La muestra se distribuyó adicionando 1000 ml en dos vasos precipitados de la
misma capacidad, a fin de medir el pH para definir el valor inicial que sería
neutralizado.
Con el uso del multiparámetro se obtiene el valor de pH de 2.5.
Posteriormente, se realizan ensayes químicos digestivos en medio ácido (ácido
clorhídrico y ácido nítrico) a la muestra de agua ácido de mina; además se realiza
la digestión de dos muestras en blanco, para verificar el % de error que se cometa
en el desarrollo de los ensayes químicos.
63
Asimismo, las muestras digestadas en medio ácido son derivados a la sala de
absorción química, a fin de realizarse las lecturas del equipo de absorción atómica
para luego obtener el % de contenido metálico en la muestra de agua ácida.
Finalmente, los resultados de la caracterización del agua ácida de mina se muestran
en el siguiente cuadro:
Tabla N° 3.1 Caracterización de agua ácida de mina
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm
Zn
ppm
Mn
ppm Fe ppm
As
ppm
M1 2.5 30.85 9.34 ´- 709.94 63.45 1432.12 5.55
M2 2.5 30.77 9.37 ´- 710.81 63.69 1375.21 5.57
Blanco
Control 6.5-7 0.991 1.001 0.998 0.971 0.985 0.999 3.5
D.S. N° 010-
2010-
MINAM
´6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
PROMEDIO 2.5 30.81 9.355 ´- 710.375 63.57 1403.67 5.56
*Valores según DS Nº 004-2017-MINAM -Categoría 3: Riego de vegetales D1 y Bebida
de animales D2
- Muestras analizadas según métodos Standard Methods for the Examination of Water &
Wastewater-2005
3.4.1.2. Preparación de soluciones que se usarán en el proceso de
neutralización: Se realiza la preparación de agentes neutralizantes y soluciones de
floculación, por lo que se detalla a continuación:
Solución de Cal Hidratada (CaOH2) al 10% con pureza de 79.83%.
Solución de Hipoclorito de Sodio (NaClO) a 1.19g/L
Solución de floculante al 0.05%.
64
Solución de Sulfuro de Sodio al 5%.
Cabe precisar que para la preparación de las soluciones se utilizó la balanza micro
analítica, varillas para agitación, probeta graduada de 10ml y 50ml, pipeta de 5ml,
el agitador magnético y agua desionizada.
Figura N° 3.2 Preparación de soluciones
Fuente: Elaboración propia
3.4.1.3. Prueba de Neutralización: La muestra de agua ácida de mina se
distribuyó adicionando 1L en un vaso precipitado de 2L de capacidad, con ayuda
de una probeta.
Previo a los ensayes de neutralización se verificó los parámetros físicos como
temperatura como Temperatura y pH; asimismo, se estabilizará la velocidad de
65
agitador continuo, de acuerdo a cada etapa), a fin de garantizar el cumplimiento de
los valores de investigación.
Cabe señalar que se realizaron 04 corridas de ensayes de muestra con diferentes
parámetros de operación.
La solución utilizada de Cal Hidratada al 10% de solución con pureza de 79.82%,
varía en cada ensaye realizada.
Figura N° 3.3 Proceso de agitación homogénea de la muestra de agua
Fuente: Elaboración propia
66
Figura N° 3.4 Proceso de neutralización
Fuente: Elaboración propia
3.4.1.4. Prueba de remoción de metales: Posteriormente a la neutralización se
adiciona solución de Hipoclorito de Sodio a 1.19g/L, permitiendo un tiempo de
homogeneización efectivo, a fin de remover los iones metálicos interferentes del
agua ácida y finalmente se adiciona agente floculante, permitiendo un tiempo de
agitación efectivo. Los tiempos garantizan la mezcla homogénea.
3.4.1.5. Pruebas de sedimentación: Posterior a la prueba de remoción se realizó
la prueba de sedimentación mediante el método de la probeta con un periodo de 1
hora, a fin de obtener el % de volumen de lodos y la determinación de la velocidad
de sedimentación.
67
3.4.1.6. Datos de neutralización y remoción de metales de la muestra de agua
ácida: Es preciso señalar que se realizaron 04 corridas de ensayos de muestra de
agua ácida, en las fechas 18 de setiembre de 2016, 26 de setiembre de 2016, 27 de
octubre de 2016 y 06 de febrero de 2017.
De los cuales, se obtuvo los siguientes datos de las dosificaciones correspondientes,
resultados de contenido metálico de la muestra cruda y tratada y resultados de
contenido metálico de los lodos.
3.4.1.6.1. Resultados del 1er ensayo de laboratorio:
Tabla N° 3.2 Datos de Dosificación para neutralización y remoción de metales -1er
ensayo
Fuente: Elaboración propia
Datos cantidad unidades
Volumen inicial de muestra 1000 ml
Temperatura 20 °C
pH inicial 2.5
Velocidad del agitador 100-400 rpm
Volumen Ca(OH)2 al 10% (%Pureza Ca(OH)2 79.83%) 30 ml
Volumen NaClO 1 ml
Volumen Floculante 0.4 ml
Tiempo de regulación a pH básico 5
Tiempo de agitación con NaClO y Ca(OH)2 15 minutos
Tiempo de floculación 2 minutos
Tiempo de sedimentación 60 minutos
pH final 7.5
68
Tabla N° 3.3 Caracterización de agua ácida tratada
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm
Zn
ppm
Mn
ppm
Fe
ppm
As
ppm % de Vol. lodos
M1 0.016 0.082 0.016 1.701 0.213 1.094 0.375 31.50%
M2 0.013 0.067 0.013 1.698 0.29 1.084 0.594 43.50%
Blanco
Control 0.998 1.006 0.994 0.913 0.992 0.991 3.525
D.S. N°
010-2010-
MINAM
´6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2
(*) 5 (*) 0.08
PROMEDIO 0.015 0.075 0.015 1.7 0.252 1.089 0.485 37.80%
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 3.4 Datos de Prueba de Sedimentación
Tiempo de
Sedimentación
(min)
M1 M2 PROMEDIO
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
0 34.3 100% 37.7 100% 36 100%
2 32.1 93.60% 36.6 97.10% 34.35 95.40%
4 28.6 83.40% 36 95.50% 32.3 89.70%
6 25.6 74.60% 35 92.80% 30.3 84.20%
8 22.2 64.70% 34.4 91.20% 28.3 78.60%
10 20.2 58.90% 33.2 88.10% 26.7 74.20%
20 14.6 42.60% 27.5 72.90% 21.05 58.50%
30 13.3 38.80% 22.4 59.40% 17.85 49.60%
40 12 35.00% 19.1 50.70% 15.55 43.20%
50 11.3 32.90% 17.8 47.20% 14.55 40.40%
60 10.8 31.50% 16.4 43.50% 13.6 37.80%
Fuente: Elaboración propia
69
Figura N° 3.5 Prueba de sedimentación 1er ensayo
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 3.5 Caracterización de lodos
Muestra Cu % Pb % Cd % Zn % Mn % Fe % As%
Peso
Lodo
(g/L)
M1 0.2972 0.076 0.0172 6.998 0.8001 7.008 0.0601 9.03
M2 0.296 0.079 0.017 7.1005 0.7903 7.001 0.0595 9.11
Blanco
Control
4.99 9.95 0.993 9.95 0.989 10.035 5.001
PROMEDIO 0.2966 0.0775 0.0171 7.04925 0.7952 7.0045 0.0598 9.07
Fuente: Elaboración propia
0.002.004.006.008.00
10.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.0030.0032.0034.0036.0038.00
0 10 20 30 40 50 60 70
cm
minutos
70
3.4.1.6.2. Resultados del 2do ensayo de laboratorio:
Tabla N° 3.6 Datos de Dosificación para neutralización y remoción de metales -2do
ensayo
Datos cantidad unidades
Volumen inicial de muestra 1000 ml
Temperatura 20 °C
pH inicial 2.5
Velocidad del agitador 100-400 rpm
Volumen Ca(OH)2 al 10% (%Pureza Ca(OH)2
79.83%) 40 ml
Volumen NaClO 1 ml
Volumen Floculante 0.6 ml
Tiempo de regulación a pH básico 10 minutos
Tiempo de agitación con NaClO y Ca(OH)2 15 minutos
Tiempo de floculación 2 minutos
Tiempo de sedimentación 60 minutos
pH final 8
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 3.7 Caracterización de agua ácida tratada
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm
Zn
ppm Mn ppm
Fe
ppm
As
ppm
% de Vol.
lodos
M1 2.5 0.0002 0.1152 0.0106 1.459 0.21 0.703 0 38.3%
M2 0.0033 0.1975 0.0098 1.468 0.219 0.795 0 44.7%
Blanco
Control 0.998 1.006 0.994 0.913 0.992 0.991 3.525
D.S. N° 010-
2010-MINAM 6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
PROMEDIO 0.002 0.156 0.01 1.464 0.215 0.749 0 41.5%
Fuente: Elaboración propia
71
Tabla N° 3.8 Datos de Prueba de Sedimentación
Tiempo de
Sedimentación
(min)
M1 M2 PROMEDIO
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
0 34.5 100% 34.7 100% 34.6 100%
2 33.39 96.80% 34.1 98.30% 33.75 97.50%
4 32.5 94.20% 33.4 96.30% 32.95 95.20%
6 31.5 91.30% 32.65 94.10% 32.08 92.70%
8 30.02 87.00% 32.1 92.50% 31.06 89.80%
10 28.4 82.30% 31.6 91.10% 30 86.70%
20 20.6 59.70% 26.8 77.20% 23.7 68.50%
30 16.25 47.10% 22 63.40% 19.13 55.30%
40 15 43.50% 18.6 53.60% 16.8 48.60%
50 14 40.60% 16.8 48.40% 15.4 44.50%
60 13.2 38.30% 15.5 44.70% 14.35 41.50%
Fuente: Elaboración propia
72
Figura N° 3.6 Prueba de sedimentación 2do ensayo
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 3.9 Caracterización de lodos
Muestra Cu % Pb % Cd % Zn % Mn % Fe % As%
Peso
Lodo
(g/L)
M1 0.2925 0.0253 0.017 7.1741 0.8037 6.1304 0.0601 8.85
M2 0.2848 0.0537 0.0164 6.9641 0.7822 7.7026 0.0055 9.56
Blanco
Control 4.9588 9.95 0.993 9.95 0.989 10.035 0.0203
PROMEDIO 0.28865 0.0395 0.0167 7.0691 0.79295 6.9165 0.0328 9.205
Fuente: Elaboración propia
0.002.004.006.008.00
10.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.0030.0032.0034.0036.0038.00
0 10 20 30 40 50 60 70
cm
minutos
73
3.4.1.6.3. Resultados del 3er ensayo de laboratorio:
Tabla N° 3.10 Datos de Dosificación para neutralización y remoción de metales -3er
ensayo
Datos cantidad unidades
Volumen inicial de muestra 1000 ml
Temperatura 20 °C
pH inicial 2.5
Velocidad del agitador 100-400 rpm
Volumen Ca (OH)2 al 10% (%Pureza Ca(OH)2
79.83%) 1O ml
Volumen Na2S (5%) 10 ml
Volumen Floculante 0.5 ml
Tiempo de regulación a pH básico 5
Tiempo de agitación con Na2S y Ca(OH)2 15 minutos
Tiempo de floculación 5 minutos
Tiempo de sedimentación 60 minutos
pH final 5.5
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 3.11 Caracterización de agua ácida tratada
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm
Zn
ppm
Mn
ppm
Fe
ppm
As
ppm
% de Vol.
lodos
M1 0.9387 0.1711 0.9285 434.4027 54.7093 0.0257 0.2244 49.4%
M2 0.9387 0.1711 0.9285 434.4027 54.7093 0.0257 0.2244 49.4%
Blanco
Control 0.978 0.985 0.981 1.021 0.997 0.998 4.953
D.S. N° 010-
2010-
MINAM ´6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
PROMEDIO 0.939 0.171 0.929 434.403 54.709 0.026 0.224 49.3%
Fuente: Elaboración propia
74
Tabla N° 3.12 Datos de Prueba de Sedimentación
Tiempo de
Sedimentación
(min)
M1 M2 PROMEDIO
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
0 37.7 100% 37.7 100% 37.7 100%
2 36.9 97.90% 36.9 97.90% 36.9 97.90%
4 36.5 96.80% 36.5 96.80% 36.5 96.80%
6 35.7 94.70% 35.7 94.70% 35.7 94.70%
8 34.9 92.60% 34.9 92.60% 34.9 92.60%
10 33 87.50% 33 87.50% 33 87.50%
20 27.9 74.00% 27.9 74.00% 27.9 74.00%
30 22 58.40% 22 58.40% 22 58.40%
40 20 53.10% 20 53.10% 20 53.10%
50 19.7 52.30% 19.7 52.30% 19.7 52.30%
60 18.6 49.30% 18.6 49.30% 18.6 49.30%
Fuente: Elaboración propia
Figura N°3.7 Prueba de sedimentación 3er ensayo
Fuente: Elaboración propia
0.002.004.006.008.00
10.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.0030.0032.0034.0036.0038.0040.00
0 10 20 30 40 50 60 70
cm
minutos
75
3.4.1.6.4. Resultados del 4to ensayo de laboratorio:
Tabla N° 3.13 Datos de Dosificación para neutralización y remoción de metales -4to
ensayo
Datos cantidad unidades
Volumen inicial de muestra 1000 ml
Temperatura 20 °C
pH inicial 2.5
Velocidad del agitador 100-400 rpm
Volumen Ca (OH)2 al 10% (%Pureza Ca (OH)2
79.83%) 60.5 ml
Volumen NaClO 2 ml
Volumen Floculante 1 ml
Tiempo de regulación a pH básico 5 minutos
Tiempo de agitación con NaClO y Ca(OH)2 20 minutos
Tiempo de floculación 5 minutos
Tiempo de sedimentación 60 minutos
pH final 8.6
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 3.14 Caracterización de agua ácida tratada
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm Zn ppm
Mn
ppm
Fe
ppm
As
ppm
% de
Volumen
lodos
M1 8.6 0.0257 0.1159 0.0388 0.7928 0.1273 0.1569 0.001 44.0%
M2 8.6 0.0256 0.1158 0.0401 0.7921 0.1274 0.1572 0.002 45.0%
Blanco
Control 0.995 1.007 0.987 0.903 0.999 0.978 3.508
D.S. N°
010-2010-
MINAM ´6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
PROMEDIO 8.6 0.026 0.116 0.039 0.792 0.127 0.157 0.002 47.6%
Fuente: Elaboración propia
76
Tabla N° 3.15 Datos de Prueba de Sedimentación
Tiempo de
Sedimentación
(min)
M1 M2 PROMEDIO
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
0 38.4 100% 38.7 100% 38.55 100%
2 37.3 97.10% 37.6 97.20% 37.45 97.10%
4 36.7 95.60% 37 95.60% 36.85 95.60%
6 35.7 93.00% 36 93.00% 35.85 93.00%
8 35.1 91.40% 35.4 91.50% 35.25 91.40%
10 33.9 88.30% 34.2 88.40% 34.05 88.30%
20 28.2 73.40% 28.5 73.60% 28.35 73.50%
30 23 59.90% 23.4 60.50% 23.2 60.20%
40 19.6 51.00% 20.1 51.90% 19.85 51.50%
50 17.9 46.60% 18.8 48.60% 18.35 47.60%
60 16.9 44.00% 17.4 45.00% 17.15 44.50%
Fuente: Elaboración propia
Figura N° 3.8 Prueba de sedimentación 4to ensayo
Fuente: Elaboración propia
0.002.004.006.008.00
10.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.0030.0032.0034.0036.0038.0040.0042.00
0 10 20 30 40 50 60 70
cm
minutos
77
Tabla N° 3.16 Caracterización de lodos
Muestra Cu % Pb % Cd % Zn % Mn % Fe % As%
Peso
Lodo
(g/L)
M1 0.3353 0.076 0.0172 6.998 0.8001 7.008 0.0601 9.9
M2 0.335 0.079 0.017 7.1005 0.7903 7.001 0.0595 9.85
Blanco
Control 4.99 9.95 0.993 9.95 0.989 10.035 5.001
PROMEDIO
(%) 0.335 0.078 0.017 7.049 0.795 7.005 0.06 9.875
Fuente: Elaboración propia
3.4.1.6.5. Resumen de los ensayos realizados en laboratorio:
Tabla N° 3.17 Caracterización de la muestra de agua ácida de mina
Muestra pH
Cu
ppm
Pb
ppm
Zn
ppm
Mn
ppm
Fe ppm
As
ppm
M1 2.5 30.85 9.34 709.9 63.45 1432.12 5.55
M2 2.5 30.77 9.37 710.8 63.69 1375.21 5.57
Blanco Control 6.5-7 0.9913 1.001 0.971 0.9847 0.9991 3.5
D.S. N° 010-2010-
MINAM
06-
sep
0.4 0.16 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
Fuente: Elaboración propia
78
Tabla N° 3.18 Resumen de Dosificaciones de los ensayos en laboratorio
Fuente: Elaboración propia
Tabla N° 3.19 Resumen de Resultados de la calidad de agua tratada de los ensayos
en laboratorio
Fuente: Elaboración propia
Datos 1er
ensayo
2do
ensayo
3er
ensayo
4to
ensayo
Volumen inicial de muestra (ml) 1000 1000 1000 1000
Temperatura (°C) 20 20 20 20
pH inicial 2.5 2.5 2.5 2.5
Velocidad del agitador (rpm) 100-400 100-400 100-400 100-400
Volumen Ca(OH)2 al 10% (%Pureza Ca(OH)2 79.83%) (ml) 30 40 1O 60
Volumen NaClO (ml) 1 1 10 2
Volumen Floculante (ml) 0.4 0.6 0.5 1
Tiempo de regulación a pH básico (min) 5 10 5 5
Tiempo de agitación con NaClO y Ca(OH)2 (min) 15 15 15 20
Tiempo de floculación (min) 2 2 5 5
Tiempo de sedimentación (min) 60 60 60 60
pH final 7.5 8 5.5 8.6
Datos pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm
Zn
ppm
Mn
ppm
Fe
ppm
As
ppm
1er ensayo 7.5 0.015 0.075 0.015 1.7 0.252 1.09 0.485
2do ensayo 8 0.002 0.156 0.01 1.464 0.215 0.75 ND
3er ensayo 5.5 0.939 0.171 0.929 434.4 54.709 0.03 0.224
4to ensayo 8.6 0.026 0.116 0.039 0.792 0.127 0.16 0.002
D.S. N° 010-2010-
MINAM ´6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
79
Capítulo IV
Resultados de la Investigación
4.1. Análisis e Interpretación de los Resultados
4.1.1. Análisis de la investigación:
De los resultados obtenidos en el laboratorio, se observa que el cuarto ensayo cumplir ía
con la normatividad ambiental vigente.
Por lo que, respecto a los cálculos precedentes se tomará en cuenta los resultados de las
tablas N° 3.13 al 3.16 del presente trabajo de investigación.
4.1.2. Razones de la elección de tratamiento:
Para la selección del sistema de tratamiento del agua ácida de mina, se tiene en cuenta la
calidad de agua cruda y la calidad de agua tratada, las restricciones de espacios y los costos
relativos de las diferentes etapas del sistema de tratamiento
Respecto a los diferentes tratamientos de agua ácida de mina desarrollados en el capítulo 3
del presente trabajo de investigación, se tiene que los tratamientos pasivos requieren de
fuentes energías disponibles naturalmente (Mine Reclamation Corp. - MIRECO, 2014),
así como la gradiente topográfica, áreas amplias, la energía microbiana, la fotosíntesis y la
80
energía química, que requiere un mantenimiento regular pero poco frecuente para operar
exitosamente durante la vida de diseño y referente a los sistemas de tratamiento activos
pueden ser una buena opción viable, por lo que se ha visto por conveniente el proceso de
lodos de alta densidad en donde la producción de lodos es de bajo volumen y alta densidad
y los costos más económicos de operación, equipo y de materia prima (cal) que de un
tratamiento convencional sin recirculación de lodos.
4.1.3. Descripción del sistema de tratamiento propuesto:
Para el presente trabajo de investigación y de acuerdo a los ensayos experimenta les
desarrollados en el capítulo IV, se propondrá un diseño de High Density Slugde - HDS,
debido a la gran producción de lodos que se genera.
Cabe precisar que el proceso de HDS, es una versión modificada del proceso de
neutralización, en el cual se elimina el tanque de homogenización y el sedimentador es
reemplazado por un espesador.
Asimismo, el diseño propuesto está establecido en el Manual de Neutralización de Drenaje
Ácido de Mina (U.S. Environmental Protection Agency, 1983).
Por lo que de acuerdo a los datos se tiene:
Caudal a tratar = 180 L/s; considerando Factor de seguridad 35%
Caudal corregido = 243 L/s
Lodos obtenidos LAB = 9.875 g/L
81
Tabla N° 4.1 Caudal a usar
Tiempo Q (m3) Q (litros)
Segundo 0.243 243
Minuto 14.6 14580
Hora 874.8 874,800
Día 20,995 20,995,200
Fuente: Elaboración propia
Proceso HDS:
El agua ácida de mina ingresa al tanque de mezclado rápido donde hará contacto con los
lodos de recirculación y la solución de cal (lechada de cal), alcanzándose en esta etapa el
pH deseado, de acuerdo a los ensayos de laboratorio, en el cual el ión ferroso es oxidado a
ión férrico.
Luego, de esta etapa pasará a la de floculación, a fin de elevar la velocidad de
sedimentación de las partículas minerales mediante un polímero orgánico de alto peso
molecular (floculante), agrupando las partículas suspendidas y realizando la separación
más eficiente de los sólidos del medio acuoso.
Finalmente, pasará a la etapa del espesador a fin de separar las suspensiones acuosas de
minerales en sus fases componentes, líquida y sólida; y el efluente neutralizado pasará a
ser vertido a cuerpos de agua y los lodos serán enviados a una laguna de disposición.
4.1.4. Proceso de Neutralización - Requerimiento de Cal:
Respecto a los ensayos de probeta desarrollados en el capítulo anterior, se obtuvo que el
pH óptimo es de 8.6, por lo que se usa los parámetros establecidos para efectos de cálculo
de diseño.
82
Por lo tanto, el requerimiento diario de cal, Ca (OH)2, es:
60 mg/L x 20995 m3/d x 1000 L / m3 x 1Kg / 1000g x 1 g/ 1000mg
Requerimiento de Cal = 1259.712 Kg/d
Debe recordarse que la cal utilizada en la prueba es del 79.83% de pureza y aún más la
lechada se preparó al 10%, por lo que para usar cal comercial deben hacerse los ajustes
necesarios.
Sin embargo, es preciso señalar que una operación con cal viva, CaO, requiere de una
inversión de capital y mantenimiento difícil de justificar.
4.1.5. Diseño de Alimentación de Cal:
Sistema de Lechada de Cal:
Para el diseño se prefiere que la concentración de sólidos de cal en la lechada del proceso
varíe de 5% a 20%. Muchos diseños presentan la dilución de la lechada hasta una
concentración del 10% y no hay una relación fija. Sin embargo, se recomienda que el
sistema de alimentación de lechada sea diseñada a un 10% de cal con cierta relación de
peso de agua, porque una lechada más concentrada causa problemas adicionales de
mantenimiento y operación.
Promedio de la velocidad de alimentación:
1259.712 Kg/d x 24 h/d = 52.488 Kg/h
83
Velocidad de alimentación volumétrica:
52.488 Kg/h x 481 Kg/m3 = 0.109 m3/h
Considerando:
Peso específico de Ca (OH)2 = 481 Kg/ m3
Peso específico de CaO = 881 Kg / m3
Diseño del Tanque de Lechada de Cal:
Los cálculos para el diseño del tanque de Cal Industrial:
Pureza de Cal: 70 – 72 %
Densidad: 0.48 g/ml
El consumo de Cal: 1259.7 Kg /día
Concentración de la lechada de cal: 25% en peso
El Volumen de la lechada de Cal = V
V = 1259.712 x 100 / (0.4 x 25)
V = 10.498 m3
Entonces el Volumen del Tanque: 10 m3
Por lo que las dimensiones: Diámetro = 2.40 m3; Altura = 2.40 m3
Siendo las especificaciones técnicas propuesta del Tanque de cal:
84
Tabla N° 4.2 Características del Tanque de Cal
TANQUE DE LECHADA DE CAL
CANTIDAD 01 unidad
FORMA cilíndrica
MATERIAL acero estructural revestido con fibra de vidrio
DIMENSIONES
DIÁMETRO 2.40 m
ALTURA 2.40 m
AGITADOR hélice de acero inoxidable
POTENCIA 12hhp
TENSIÓN DE TRABAJO 220vac/60 Hz/trifásica
Fuente: Elaboración propia
Asimismo, se propone las especificaciones del dosificador de Cal:
Tabla N° 4.3 Características del Dosificador de Cal
Fuente: Elaboración propia
4.1.6. Diseño del Tanque de Floculante:
Dosis óptima: 1 – 2 mg/L
Concentración de la solución: 0.05 – 0.1 %
DOSIFICADOR DE LECHADA DE CAL
CANTIDAD 1 unidad
TIPO Bomba
peristáltica
CAPACIDAD 2 – 15 LPM
POTENCIA 2,0 HP
CONEXIÓN 3/4 de pulgada
TENSIÓN DE TRABAJO 220 Vac/60
Hz/Monofásica
85
Densidad: 0.8 g/ml
Consumo de Floculante (W) = 8.64Kg/d
Volumen de floculante (V) = 10.8 m3
Número de tanques = 02 unidades
Volumen de cada tanque = 5.4 m3
Dimensiones: Diámetro= 1.90 m ; Altura = 1.80 m
Asimismo, se propone las especificaciones del tanque de floculante:
Tabla N° 4.4 Características del Tanque de Floculante
TANQUE DE FLOCULANTE
CANTIDAD 2 unidades
FORMA Cilíndrica
MATERIAL Polietileno
CAPACIDAD 5.40 m3
DIMENSIONES
DIÁMETRO 1,90 m.
ALTURA 1,80 m
Fuente: Elaboración propia
4.1.7. Estimación de Producción de Lodos:
La neutralización del AMD crea lodos que resultan costosos por el manejo, desecado y por
último la disposición. Los métodos de manejo de lodos son extremadamente importantes
para el diseño.
Cálculo de Producción de Lodos
Lodos totales a obtener (TS):
TS = Lodos obtenidos LAB x Caudal
86
TS = 20737600 g/d
TS = 207.3276 TM/d
Cálculo de Volumen de Lodo (Vd):
Considerando: Peso específico lodo = 2.5 TM/m3
Vd = 82.93104 m3/ d
Asimismo, los lodos están en base a la hidrólisis del hidróxido férrico; por lo que
considerando oxidación completa del ion ferroso es:
Fe3+ + 3H20 ↔ Fe(OH)3 + 3H+
56 g/mol 107 g/mol
72.6 mg/L 107 / 56 x (72.6 mg/L) = 139 mg/L
La producción teórica diaria de sólidos es:
Hidróxido férrico:
139 mg/L x 0.7 x 20995 m3/d x (1000L/m3) x (kg/106 mg) = 4494.53 Lb/d
4.1.8. Espesamiento de Lodos:
El espesamiento de lodos es una operación cuyo propósito principal es reducir el volumen
total de lodos por eliminación de agua. Es usualmente la operación más común para
concentrar los sólidos de un lodo. Las ventajas son las siguientes:
- Reduce el flujo total de lodos para subsecuentes operaciones.
87
- Proporciona una mayor uniformidad de la alimentación de los sólidos a subsecuentes
procesos de tratamiento.
4.1.9. Diseño del Clarificador:
Considerando:
Velocidad de sedimentación crítica de diseño (VSC) = 20 m3 / d-m2
Tiempo de almacenamiento del lodo = 24 horas
Volumen de almacenamiento = Volumen total de lodos = 82.93104 m3
Entonces se tiene:
Área de almacenamiento de agua clara = 9.122 m2
Asumiendo por diseño: Altura (H) = 3.05 m
Volumen de almacenamiento de agua clara = 27.823 m3
Por lo tanto:
Volumen Total = 110.754 m3 = 39911.259 ft3
De otro lado:
Cálculo del diámetro del Clarificador:
Volumen = 0.785 x D2 x H; entonces D = 6.6014 m = 22.3 ft
La profundidad en el centro considerando una pendiente de 10%:
Profundidad = radio x % + profundidad periférica = 3.39 m = 11.12 ft
88
4.1.10. Diagrama de Flujo de Planta de Tratamiento Propuesto:
Anexo 8
4.1.11. Sistema de Tratamiento Propuesto de Aguas Ácidas de Mina:
Anexo 9
4.2. Costos
4.2.1. Costos de inversión:
Tabla N° 4.5 Costos de Inversión
DESCRIPCIÓN COSTO (US$)
EQUIPAMIENTO 292.55
OBRAS CIVILES 233.001
SUB-TOTAL 525.551
Gastos generales (10%) 52.555
Utilidades (10%) 52.555
SUB TOTAL 630.662
l.G.V. 18% 113.519
TOTAL (US$) 744.181
COSTOS CONEXOS
SUPERVISION Y
ADMINISTRACION 6% 45.029
CONTINGENCIAS 15% 119,826
GRAN TOTAL (US$) 914.844
Fuente: Elaboración propia
89
4.2.2. Costos de consumibles:
Tabla N° 4.6 Costos de Consumibles
Descripción Unidad Cantidad Anual Precio
Unitario
Total,
Anual
US$
Cal Kg 459794.88 0.2 91959
Floculante kg 3153.6 6.5 20498
Total 112457
Fuente: Elaboración propia
4.2.3. Costos directos:
Tabla N° 4.7 Costos Directos
ltem Descripción Unidad Metrado Precio Parcial Total
1.0 Movimiento de tierras
1.1 Movilización de Equipo Global 1 4000 4000
m3 1150 3.5 4025
1.2
Limpieza, desbroce suelo
orgánico, e=0.30 en terreno
natural
1.3
m3 800 4 3200 Excavación -Canal colector
1.4 Relleno - Canal colector m3 160 4.5 720
1.5 Excavación y relleno-
tuberías ml 780 8 6240
1.6 Excavación de pozas m3 1,072 4 4288
1.7 Excavaciones -planta de
procesamiento m3 500 7 3500
1.8 Base de camino m3 550 5 2750
Sub - Total ltem 1.0 28,723
2.0 Obras
2.1 Movilización de Equipo Global 1 3,500 3,500
90
ltem Descripción Unidad Metrado Precio Parcial Total
2.2 Concreto - Canal colector m3 115 250 28,750
2.3 Concreto-Sistema de
transporte por tuberías m3 105 250 26,250
2.4 Mezcla asfáltica - Canal
Colector m2 870 3.8 3,306
2.5 Mezcla asfáltica - tuberías m2 1050 3.8 3,990
2.6 Concreto -planta (Incluye
acero y encofrado) m3 380 250 95,000
2.7 Geomembrana m2 5343 4.35 23,242
2.8 Geonet m2 2672 4.45 11,890
2.9 Arcilla m3 800 6.5 5,200
3.0 Cerco perimétrico ml 250 9 2,250
Sub-Total ltem 2.0 203,378
Total Costo Directo 232,101
Fuente: Elaboración propia
4.2.4. Servicios complementarios:
Tabla N° 4.8 Servicios Complementarios
Fuente: Elaboración propia
Descripción US$/año
Alimentación o
Mantenimiento 4% monto de inversión 36,600
Transporte de personal 33,000
Comunicaciones 6,000
Misceláneos 10,000
Total, servicios complementarios 85,600
91
4.2.5. Resumen de costos operativos:
Tabla N° 4.9 Costos Operativos
Descripción Costo US$
Mano de Obra 78.9
Energía Eléctrica 31.237
Consumibles 74.77
Servicios complementarios 85.6
Total Anual 270.507
Costo Promedio Anual (US$/m3 de
efluente tratado) 1.72
Fuente: Elaboración propia
4.3. Contrastación de la Hipótesis
Hipótesis Específica 1:
Al respecto, se logró proponer el tratamiento selectivo de acuerdo a los análisis de
investigación desarrollados en el capítulo IV. Por lo tanto, la hipótesis resulta Verdadera.
Hipótesis Específica 2:
Al respecto, se logró proponer un diseño de planta de tratamiento de aguas ácidas con alto
contenido de Zinc y Manganeso cumpliendo con la normativa ambiental vigente, de
acuerdo a los análisis de investigación desarrollados. Por lo tanto, la hipótesis resulta
Verdadera.
92
Conclusiones
Se desarrollaron 04 pruebas a nivel laboratorio, resultando la prueba 4ta la óptima para realizar
el diseño de la planta de tratamiento de aguas ácidas de mina.
En ese sentido, el desarrollo de la 4ta prueba en laboratorio, responde en un primer nivel al
tratamiento con Cal Ca (OH)2 y posteriormente responde al tratamiento con Hipoclorito de
Sodio (NaClO) a pH básico, cumpliendo así la normativa ambiental vigente.
El Hipoclorito de Sodio actúa como oxidante del Manganeso en las aguas ácidas, de Mn+2 a
Mn+4 a un pH de valor 8, con remoción de 99.80%.
De otro lado, se ha realizado el diseño de planta de tratamiento de agua de mina propuesto para
un caudal de 180L/s, contemplando los diseños de: Tanque de Cal de 2.40m x 2.40m de 10m3
de volumen, Dosificador de Cal de 2 a 15 L/min, Tanque de floculante de 1.9m x 1.80m de
5.4m3, Diseño del clarificador de 3m x 6.8m x 3.4m de 110m3.
De acuerdo al proceso propuesto que resulta el más viable, en cuanto a costos de equipo y
desarrollo de pruebas y análisis de laboratorio se tiene que el costo de tratamiento de agua ácida
de mina es de 1.72 (US$ / m3 de agua tratada).
Sin embargo, considerando que los ensayos realizados fueron desarrollados a través de pruebas
batch y el uso de agente neutralizante fue Ca (OH)2, el costo óptimo de tratamiento de agua
93
ácida de mina podría reducirse utilizando como agente neutralizante Caliza y si las pruebas se
realizan de manera continua.
Dicho esto, las pruebas experimentales desarrolladas nos dan un indicio del tamaño de equipo
a utilizar y aún más, de los costos necesarios para el diseño del sistema de tratamiento requerido.
94
Recomendaciones
En la etapa de neutralización se recomienda ensayar métodos combinados con diferentes
agentes neutralizantes considerando el costo, a fin de disminuir las concentraciones
remanentes de sulfatos e incrementar la precipitación de iones metálicos.
Se considera importante hacer un estudio cinético del uso de agentes neutralizante, el cual
puede convertirse en un nuevo producto con viabilidad para su aprovechamiento industr ia l.
Con este trabajo se pretende alentar, ideas que involucren contenido metálico alto en las
aguas ácidas de mina, que es factible que se pueda cumplir la normativa ambiental vigente,
teniendo en consideración los aspectos económico, ambiental y social, porque de esta
manera se estará orientando al desarrollo sostenible.
Finalmente, como se puede observar el contenido metálico de Zinc del agua tratada ha sido
removida en aproximadamente 99%; sin embargo, el contenido metálico de Zinc aún es
elevado; por lo que, es factible un aprovechamiento industrial a través de métodos
metalúrgicos posteriores.
95
Referencias Bibliográficas
Aduvire, O. (2006). Drenaje Ácido de Mina - Generación y Tratamiento. España: Instituto
Geológico y Minero de España.
American Water Works Association. (1990). Water Treatment PLant Design. McGraw-
Hill.
Autoridad Nacional del Agua. (13 de noviembre de 2014). La ANA inicia estudios de
Evaluación de recursos hídricos en 12 cuencas hidrográficas del Perú. Obtenido de ANA:
http://www.ana.gob.pe/noticia/la-ana- inicia-estudios-de-evaluacion-de-recursos-hidricos-
en-12-cuencas-hidrograficas-del
Banco Interamericano de Desarrollo. (noviembre de 1997). Manual de Caracterización de
Aguas Residuales Industriales. Manual. Colombia.
Baquero Úbeda, J. C., Fernández Rubio, R., Verdejo Serrano, J., & Lorca Fernández, D.
(2008). Tratamiento de Aguas Ácidas , Prevención y Reducción de la Contaminac ión.
Tratamiento de Aguas Ácidas , Prevención y Reducción de la Contaminación (págs. 44-
47). España: Revista de la Sociedad Española.
Brown, M., Barley, B., & Wood, H. (2012). Minewater Treatment.
96
Carrera Alvarado, N., & Domínguez Sánchez, L. (2012). Remoción de metales pesados
por métodos físicoquímicos presentes en agua proveniente de una industria minera. Revista
Sistemas Ambientales, 27-40.
De la Cruz Carrasco, E. (2006). Mitigación de drenaje ácido en minas subterráneas
aplicando fangos artificiales. Revista de Instituto de Investigaciones FIGMMG, 69-74.
Defensoría del Pueblo. (2015). INFORME N° 171-2015 - "Un llamado a la remediación.
Avances y pendientes en la gestión estatal frente a los pasivos ambientales mineros e
hidrocarburíferos". Lima, Perú.
Diario El Peruano. (19 de diciembre de 2009). Aprueban Disposiciones para la
implementación de los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental ECA. Normas
Legales, pág. 408223.
Diario El Peruano. (21 de agosto de 2010). Aprueban Límites Máximos Permisibles para
la descarga de efluentes líquidos de Actividades Minero Metalúrgicas. Normas Legales,
pág. 424114.
Diario El Peruano. (06 de junio de 2017). Aprueban Estándares de Calidad Ambiental ECA
para Agua y establecen Disposiciones Complementarias. Normas Legales, pág. 10.
Díaz Álvarez, J. (2013). Tratamiento biológico como alternativa para disminuir el impacto
ambiental ocasionado por el drenaje ácido generado por la actividad minera en el
Municipio de Marmato – Caldas . Tesis Grado Maestro en Desarrollo Sostenible y Medio
Ambiente. Colombia.
Duarte, R. A., & Ladeira, A. C. (2011). Study of Manganeses Removal from Mining
Effluent. (págs. 297-300). IMWA.
97
Espinosa Rodríguez, Hidalgo Millán, & Delgado Delgado. (2016). Diseño de un sistema
de tratamiento para el drenaje ácido de mina basado en el proceso de lodos de alta densidad
. Paper.
Espinosa Rodríguez, M. (1997). Diseño de una planta de tratamiento para el drenaje ácido
de una mina en el estado de México. Tesis Grado Maestro en Ciencias Especialidad en
Ingeniería Ambiental. México.
Girard, L., & Kaplan, R. (2011). Design and economics of Acid Mine Drainage treatment
plant – operation Yellowboy . Paper.
Gusek, J., & Figueroa, L. (2009). Mitigation of Metal Mining Influenced Water. Colorado.
Holly, L., & Shorney-darby. (2012). Design Build for Water and Wastewater Projects.
Denver, United States.
Inga Blancas, E. R. (2011). Tratamiento de efluentes por el método de pantanos artificia les
(Wetland). Tesis Grado Maestro en ciencias con mención Minería y Medio Ambiente. Perú.
Instituto Geológico y Minero de España. (2005). Acidificación de suelos y aguas:
Problemas y soluciones . Madrid.
Instituto Nacional de Estadística e Informática. (2018). Perú en cifras. Obtenido de INEI:
https://www.inei.gob.pe/
Japan Oil Gas and Metals National Corporation - JOGMEC. (2013). Introducción del
control de la contaminación minera en las minas en Japón. Tokio.
Kalin, M., Fyson, A., & Wheeler, W. N. (2005). The chemistry of conventional and
alternative treatment systems for the neutralization of acid mine drainage. Paper. Science
Direct.
98
Kurtz, S., Bilex, F., Schlenstedt, J., & Kochan, H. J. (23 de junio de 2009). Treating MIne
Water contaminated with Iron, Manganese and high solid Carbon Loads under Tropical
Conditions. Paper. Germany.
Kuyucak, N. (23 de julio de 2006). Selecting Suitable Methods for Treating MIning
Effluentes. Paper. Canada.
Linder, N., Mackenbach, M., & Novak, J. (2016). Detailed technical design for acid mine
water treatment in novo Brdo Mine, Artana. Paper.
Mine Reclamation Corp. - MIRECO. (11 de noviembre de 2014). A Progress for
Environmental Sustainability in Mining Sector. Peru KOrea Mine Reclamation
Cooperation Seminar 2014. Perú.
Ministerio de Energía y Minas. (27 de setiembre de 2017). Boletín Estadístico Minero
2017. Obtenido de MINEM: http://dev.boomerang.pe/minem/detalle-publicacion/?id=560
Ministerio de Minería Subsecretaría de Minería. (noviembre de 2012). Guía Metodológica
sobre Drenaje Ácido en la Industria Minera. Guía. Chile.
Ministerio del Ambiente. (01 de julio de 2011). Plan / Estrategia: Plan Nacional de Acción
Ambiental – PLANAA Perú 2011 – 2021. Obtenido de MINAM:
http://sinia.minam.gob.pe/documentos/plan-nacional-accion-ambiental-planaa-peru-
2011-2021
Organización Panamericana de la Salud. (2005). Guía para el diseño de desarenadores y
sedimentadores. Guía. COSUDE.
Plumlee, G. S., & Thomas, J. N. (22 de enero de 2015). Geoenvironmental Models of
mineral deposits. Fundamentals and Aplications. Paper.
99
Rodríguez, R., & García Cortés, Á. (2006). Los residuos minero-metalúrgicos en el medio
ambiente. España.
Skousen, J., Rose, A., Geidel, G., Foreman, J., Evans, R., & Hellier, W. (1998). A
Handbook of Technologies for Avoidance and Remediation of Acid Mine Drainage. West
Virginia: U.S. Office of Surface Mining and the National Association.
Svarovsky, L. -C. (1977). Solid - Liquid Separation. Butterworths.
U.S. Environmental Protection Agency. (enero de 1983). Desing Manual Neutralization od
Acid Mine Drainage. Manual. Estados Unidos.
Universidad de Granada. (s.f.). Determinación experimental de la velocidad de
sedimentación. Obtenido de Publicaciones de la Universidad de Granada:
http://www.ugr.es/~mgroman/archivos/BIA/Guiones.pdf
100
Anexo N° 1
Matriz de Consistencia
FORMULACION
DEL
PROBLEMA
OBJETIVOS HIPÓTESIS VARIABLES INDICADORES DISEÑO
METODOLÓGICO
Problema
General:
¿Si se diseña la
planta de
tratamiento de
aguas ácidas con
alto contenido de
Manganeso y Zinc,
con tratamiento
selectivo, se podrá
alcanzar el
cumplimiento de la
normativa
ambiental vigente?
Objetivo
General:
Realizar el
tratamiento
selectivo de las
aguas ácidas de
mina con alto
contenido de
Zinc y
Manganeso, para
diseñar
adecuadamente
la planta de
tratamiento de
aguas ácidas.
Alcanzando el
cumplimiento de
la normativa
ambiental
vigente.
Hipótesis
General:
Si se realiza el
tratamiento
selectivo de Zinc
y Manganeso, se
logrará el diseño
adecuado de la
planta de
tratamiento de
aguas ácidas de
mina.
Variable
Independiente:
X1 = Caudal de
operación
X2 = Tiempo de
retención
X3 = Contenido
metálico de Zinc
y Manganeso
Indicadores
Independiente:
X1= L/s
X2= minutos
X3= mg/L de
Zinc y mg/L
Manganeso
Tipo de
investigación:
Aplicada o
tecnológica
Nivel de
investigación:
Conforme a los
propósitos y
naturaleza de la
investigación; el
estudio se ubica en el
nivel descriptivo,
explicativo, científico
y de correlación.
101
FORMULACION
DEL
PROBLEMA
OBJETIVOS HIPÓTESIS VARIABLES INDICADORES DISEÑO
METODOLÓGICO
Problemas
Específicos:
1. ¿Si se logra
realizar el
tratamiento
selectivo de las
aguas ácidas de
mina con alto
contenido de Zinc
y Manganeso, se
podrá diseñar una
planta de
tratamiento de
aguas ácidas
adecuada?
2. ¿Si se logra
realizar el
tratamiento
selectivo de las
aguas ácidas de
mina con alto
contenido de Zinc
y Manganeso se
cumplirá con la
normativa
ambiental vigente.
Objetivos
Específicos:
1. Realizar el
tratamiento
selectivo de las
aguas ácidas de
mina con alto
contenido de
Zinc y
Manganeso, se
podrá diseñar
una planta de
tratamiento de
aguas ácidas
adecuada
2. Realizar el
tratamiento
selectivo de las
aguas ácidas de
mina con alto
contenido de
Zinc y
Manganeso se
cumplirá con la
normativa
ambiental
vigente.
Hipótesis
Específicas:
1. Si se realiza el
tratamiento
selectivo de Zinc
y Manganeso, se
logrará el diseño
adecuado de la
planta de
tratamiento de
aguas ácidas de
mina.
2. Si se realiza el
diseño adecuado
de la planta de
tratamiento de
aguas ácidas con
alto contenido de
Zinc y
Manganeso, se
cumplirá con la
normativa
ambiental
vigente, se puede
verter al cuerpo
receptor.
Variables
Dependiente:
Y = f(X1, X2,
X3)
Y = Diseño
apropiado de
planta de
tratamiento de
aguas ácidas de
mina con alto
contenido de
Manganeso y
Zinc.
Indicadores
Dependientes:
Eficiencia de la
planta de
tratamiento
Y= %
Técnica en
recolección:
Muestreo,
Mediciones y análisis
del agua acida en
laboratorio.
Caracterización,
Evaluación
Tratamiento
Entrevista
Observación
Instrumento::
*Cuestionario
*Personal.
Telefónica, correo,
internet
*Personal-directa, por
medios electrónicos
*varios
102
Anexo N° 2
Cronograma de Elaboración de Tesis
N° Actividad ago-
16
sep-
16
oct-
16
nov
-16
dic
-16
ene-
17
feb
-17
mar-
17
abr-
17
may
-17
jun-
17
jul-
17
ago-
17
sep-
17
oct-
17
nov-
17
dic
-17
1
Muestreo de
agua ácida en
UM
2
Caracterización
de muestra de
agua ácida
3 Evaluación de
agua ácida
4
Propuesta de
diseño de
planta de
tratamiento
6 Trabajo en
Laboratorio
7 Trabajo de
gabinete
8 Procesamiento
de datos
9 Análisis de
resultados
10 Discusión de
resultados
11
Elaboración del
informe
preliminar
12 Elaboración del
informe final
13 Presentación
del informe
14 Sustentación
103
Anexo N° 3
Curriculum Vitae (Español)
CARMEN MARÍA RODRÍGUEZ VÁSQUEZ
CALLE LOS CORALES Nº117 URB. SAN EULOGIO-LIMA 07
Teléfono: (01) 525-1264; 957883931
CIP 131904; DNI: 40777511
E-mail: [email protected]
PERFIL
Título en Ingeniería Química, de la Universidad Nacional de Ingeniería perteneciente
a l Quinto Superior promoción 2005 II. Con Maestría en Minería y Medio
Ambiente de la Universidad Nacional de Ingeniería promoción 2012 II. Experienc ia
profesional en la Gestión de Pasivos Ambientales Mineros, Gestión Integrada de los
Recursos Hídricos, Elaboración y evaluación de Instrumentos de Gestión Ambienta l,
Operación de la Planta Concentradora, Manejo de Laboratorios Químico y Metalúrgico.
Capacitación en Control de Contaminación Minera y Gestión de Pasivos Ambienta les
Mineros (Tokio, Hachimantai, Fukuoka - Japón 2016), en la Gestión de Recursos Hídricos
(Fukuoka - Japón 2014) y en la ampliación de Planta Concentradora (Sud África 2008).
Con entrenamiento en la aplicación de herramientas para la prevención de pérdidas en
Seguridad Industrial, Salud Ocupacional y Medioambiente; con sólidos conocimientos
en la Legislación Nacional Ambiental.
Con una gran capacidad de comunicación, d inámica y con alto grado de iniciativa,
habilidad para liderar equipos de trabajo bajo estándares internacionales y tecnologías
modernas. Dispuesta a enfrentar desafíos y asumir responsabilidades, enfocada hacia el
cumplimiento de metas u objetivos trazados y mejora de los procesos.
104
Con licencia de conducir, dominio del inglés a nivel avanzado, dominio de las aplicaciones
en entorno Microsoft Windows. Apta para trabajar en zonas de gran altitud.
EXPERIENCIA PROFESIONAL
“DIRECCIÓN GENERAL DE MINERÍA” - MINISTERIO DE ENERGÍA Y MINAS
Profesional Especialista
Participación en la actualización del cumplimiento de Plan Operativo Institucional de la
Gestión de Pasivos Ambientales Mineros.
Participación en la Actualización del Inventario de Pasivos Ambientales Mineros del Perú.
Emisión de opinión técnica de expedientes de reaprovechamiento de pasivos ambienta les
mineros.
Identificación, caracterización y priorización de los pasivos ambientales mineros en
campo y gabinete.
Revisar informes de identificación de responsables generadores de pasivos ambienta les
mineros en el Perú.
Participación en la Investigación Piloto en Campo del Fortalecimiento de la Gestión de
Pasivos Ambientales Mineros en los departamentos de Lima, Junín y Ancash, con la
Consultora Coreana Koika Mireco.
MARZO 2016 - ACTUALIDAD
“DIRECCIÓN DE GESTIÓN DE LA CALIDAD DE RECURSOS HIDRICOS”
AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA - MINISTERIO DE AGRICULTURA
Profesional Especialista en Recursos Hídricos como Responsable del Área de
Instrumentos de Gestión Ambiental
105
Participación en el Proyecto de Certificación Global Ambiental de Títulos Habilitantes de
acuerdo a la Ley N°30327.
Participación en el Proyecto de Elaboración de la Modificación de la Resolución Jefatural
N°508-2013-ANA de los Términos de Referencia Comunes del contenido hídrico para la
Elaboración de Estudios Ambientales.
Evaluación de la calidad de agua superficial y subterránea en los Instrumentos de
Gestión Ambiental de los Proyectos Mineros, según normativa vigente.
Evaluación de impactos ambientales y medidas de manejo para la conservación del
medio ambiente; así como la evaluación del sistema de control total de la carga
contaminante (resiliencia).
Emisión de opinión técnica en la calidad de los recursos hídricos de los Instrumentos de
Gestión Ambiental.
Capacitación en la evaluación de Instrumentos de Gestión Ambiental Correctivo a las
Autoridades Administrativas del Agua y Administraciones Locales de Agua a nivel
nacional.
ENERO 2013 - FEBRERO 2016
“INTERNATIONAL CONSOLIDATED MINERALS OF PERU”
ICM-PACHAPAQUI S.A.C. ANCASH - PERU
Asistente del Jefe de Laboratorio Químico
Supervisión del área de Laboratorio Químico ( preparación, análisis químico por
volumetría y absorción atómica de minerales, concentrados y aguas ácidas).
Implementación de métodos de ensayos de minerales. Puesta en marcha del nuevo
laboratorio.
106
Implementación de herramientas de medio ambiente (matriz de aspectos-impactos) y
seguridad (matriz de peligros-riesgos).
Análisis de resultados de los monitoreos ambientales de calidad de agua (superficie y
mina), de acuerdo a la normativa vigente.
JUNIO 2011 - ENERO 2013
“INTERNATIONAL CONSOLIDATED MINERALS OF PERU”
ICM-PACHAPAQUI S.A.C. ANCASH - PERU
Jefe de Guardia
Supervisión de turno de la Planta Concentradora. Evaluación e interpretación de balances
metalúrgicos con mineral fresco y relave en Planta Concentradora de 800TMSD.
Cumplimiento y verificación de estándares de seguridad, como: IPERC, OPT, ATS e
Inspecciones cruzadas. Supervisión y análisis de resultados de los monitoreos ambienta les
de calidad de agua superficial en campo y gabinete, según normativa vigente, para el
desarrollo óptimo de producción.
JUNIO 2010 - MAYO 2011
“INTERNATIONAL CONSOLIDATED MINERALS OF PERU”
ICM-PACHAPAQUI S.A.C. ANCASH - PERU
Ingeniero Junior Químico – Metalurgista
Evaluación e interpretación de los análisis en Laboratorio Meta lúrgico con minera l
fresco y relave; aplicación de técnicas metalúrg icas de muestreo, p reparac ión y
flotación a nivel laboratorio. Proyecto de ampliación de Planta Concentradora. Apoyo
en la elaboración de la Modificación de Estudio de Impacto Ambiental.
107
OCTUBRE 2007 - MAYO 2010
“INTERNATIONAL CONSOLIDATED MINERALS OF PERU” ICM-
PACHAPAQUI S.A.C. ANCASH - PERU
Asistente de Laboratorio Químico
Preparación de muestras de minerales y concentrados. Análisis químico por absorción
atómica, manejo del equipo EAA Analyst 400, Manejo del Software WinLab 32,
Análisis químico por vía húmeda, Muestreo de minerales y concentrados, Despacho
de Concentrados, Aná lis is de Aguas Ácidas (Metales Totales, Metales Disuelto s ,
Sulfatos, Dureza Cálcica, Alcalinidad), Reportes de los Insumos Químicos
Fiscalizados.
ENERO 2007 – SETIEMBRE 2007
“CLARIANT PERU”
Asistente del Laboratorio de Desarrollo de Emulsiones y Aplicaciones.
Análisis de las características físico-químicas de Reactivos Mineros como espumantes,
colectores y modificadores; así como también pruebas en campo.
FEBRERO 2006 – ENERO 2007
“SOCIEDAD MINERA EL BROCAL S.A.A.” – PASCO - PERU
Practicante del área del Laboratorio Químico.
Preparación de muestras de minerales y concentrados; Análisis químico por absorción
atómica, Análisis químico por vía húmeda, Muestreo de minerales y concentrados,
108
Despacho de Concentrados, Monitoreo y Análisis de Aguas Ácidas (Metales Totales,
Metales Disueltos, Sulfatos, Dureza Cálcica, Alcalinidad).
ENERO – MARZO 2005
“UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA”
Practicante del Laboratorio de Operaciones Unitarias de la
Facultad de Ingeniería Química y Textil
Análisis de las Operaciones Unitarias: Filtración, Evaporación, Agitación, Extracción
Sólido-Líquido, bombas, Mecánica de Fluidos.
ABRIL– JULIO 2004
FORMACION ACADEMICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Posgrado de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica
Egresada de la Maestría en Ciencias con mención en Minería y Medio Ambiente
(2011-2012)
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Egresada de Ingeniería Química (2000-2005) Bachiller en Ingeniería Química 2006
Título en Ingeniería Química 2010
SOFTWARES INFORMATICOS
Dominio de PC a nivel usuario – MS Office, MS Word, MS Excel, MS Power Point.
109
IDIOMAS
Inglés - Instituto Cultural Peruano Norteamericano. Nivel Avanzado. “English
Language Teaching”; (2001 – 2006)
Teaching Secondary TSSS; “Especialización de Profesores de Inglés nivel secundar ia”
- Asociación Cultural Peruano Británica; (2009)
CURSOS – CONGRESOS – SEMINARIOS
SEMINARIO INTERNACIONAL GEOMETALURGIA APLICADA A LA
OPTIMIZACIÓN DEL BENEFICIO DE LOS RECURSOS MINEROS;
DICIEMBRE 2016
Dirigido por: Internet Consultores metalúrgicos – LIMA - PERÚ.
TRAINING COURSE ON MINING POLLUTION CONTROL - JAPAN”;
NOVIEMBRE 2016
Dirigido por: Japan Oil, Gas And Metals National Corporation - JAPÓN.
"CURSO DE ESPECIALIZACION EN LEGISLACIÓN AMBIENTAL
MINERA"; MAYO 2015
Dirigido por: Pontificia Universidad Católica del Perú. LIMA –PERÚ
"PERU – COREA MINE RECLAMATION COOPERATION SEMINAR";
NOVIEMBRE 2014
110
Dirigido por: Ministerio de Energía y Minas. LIMA –PERÚ
"PRINCIPLES OF ENVIRONMENTAL IMPACT ASSEMENT REVIEW";
AGOSTO 2014
Dirigido por: Servicio Nacional de Certificación Ambiental para la Inversiones Sostenibles.
LIMA –PERÚ
“WATER ENVIRONMENT ADMINISTRATION - JAPAN”; JUNIO - JULIO 2014
Dirigido por: Agencia de Cooperación Internacional de JICA Kyushu Japón.
FUKUOKA - JAPÓN
Action Plan – Theme “Improve the Quality of Surface Water Resources”
"PASANTÍA DEL PROYECTO DE AMPLIACIÓN DE PLANTA"; MARZO 2008
Dirigido por: CDM GROUP JOHANNESBURGO - SUD AFRICA
111
Anexo N° 4
Curriculum Vitae (Inglés)
CARMEN M. RODRÍGUEZ VÁSQUEZ
Calle Los Corales 117 - Comas, Lima, Peru
(0511) 5251264 / (01) 957883931
Chemical & Environmental Engineering Professional
♦ ENVIRONMENTAL MINING SPECIALIST ♦ WATER RESOURCES SPECIALIST ♦
ENVIRONMENTAL CHEMICAL LABORATORY SUPERVISOR ♦ PROCESS
PLANT CHIEF ♦ JUNIOR PROCESS ENGINEER
QUALIFICATIONS HIGHLIGHTS
Graduate Chemical Engineer with Master’s Degree in Environmental Management with 10
years of experience in Mining Environmental Administration. Knowledge of actions plans of
environmental management, water quality monitoring, measures for environmenta l
conservation for closed water areas.
PROFESSIONAL EXPERIENCIE
MINISTRY OF ENERGY AND MINES – PERÚ (MINEM)
Environmental Mining Specialist 03/2016 – Present
- Support in actualizating of Operating Plans Institutional in mining environmental liabilities.
- Evaluating of field mining environmental liabilities
- Technical opinions for the approval of recycling mining environmental liabilities
112
- Evaluating of identification who is responsible for generation of mining environmenta l
liabilities
THE NATIONAL WATER AUTHORITY – PERÚ (ANA)
Water Resources Specialist 01/2013 – 02/2016
- Support in elaborating of policies, strategies and the National Plan Water Resources.
- Evaluation of Environmental Impact Assessment in Water Resources for mining and energy.
- Evaluation of measures for environmental conservation for closed water areas and total pollutant
load control system for mining and energy.
- Technical opinions for the approval of Environmental Impact Assessment for mining and energy.
COREA ZINC CO. (International Consolidated Minerals) – Peru
Environmental Chemical Laboratory Supervisor 06/2011 – 01/2013
- Supervision of the Environmental Chemical Laboratory
- Monitoring of water quality in mine and surface and monitoring of waste water from process
plant. Analysis of the results of water quality’s monitoring in mine and surface, under applicable
regulations.
- Implementation of environmental management tools such as Aspects-Impacts-Matrix.
Process Plant Chief – Process Engineer 01/2007 – 05/2011
- Supervision of Process Plant. Evaluation and interpretation of metallurgical
- Monitoring of waste water from process plant. Control of measures for environmenta l
conservation for closed water areas. Monitoring of concentrates Lead, Zinc.
- Program of Evaluation of measures for environmental water.
113
EDUCATION
Graduate Chemical Engineer 2000 – 2005
National University of Engineering – Peru
Master’s Degree in Environmental Management 2011 – 2012
National University of Engineering – Peru
SKILL
Computer Skill
Experience in using PC Network and Mainframe environments, Windows, Excel, Word and
Power Point.
Idioms
English – Advanced Level 2001 – 2006
Peruvian American Cultural Institute (ICPNA)
Teaching Secondary School Students 2009
Peruvian British Cultural Association (BRITANICO)
Spanish – Native Language
114
Anexo N° 5
Estándares de Calidad de Agua
CATEGORÍA 3: RIEGO DE VEGETALES Y BEBIDA DE ANIMALES
(D.S. N° 004-2017-MINAM)
PARÁMETROS
UNIDAD
DE
MEDIDA
RIEGO DE VEGETALES BEBIDA DE
ANIMALES
AGUA PARA
RIEGO NO
RESTRINGIDO
AGUA PARA
RIEGO
RESTRINGIDO
BEBIDA DE
ANIMALES
FÍSICOS-QUÍMICOS
Aceites y Grasas mg/L 5 10
Bicarbonatos mg/L 518
Cianuro Wad mg/L 0.1 0.1
Cloruros mg/L 500
Color (b)
Color
verdadero
Escala
Pt/Co
100 (a)
100(a)
Conductividad uS/cm 2500 5000
Demanda Bioquímica de
Oxígeno mg/L 15
15
Demanda Química de
Oxígeno mg/L 40
40
Detergentes (SAAM) mg/L 0.2 0.5
Fenoles mg/L 0.002 0.01
Fluoruros mg/L 1
Nitratos (NO3--N) +
Nitritos (NO2--N) mg/L 100
100
Nitritos (NO2 - -N) mg/L 10 10
Oxígeno Disuelto (valor
mínimo) mg/L >=4 >=5
Potencial de Hidrógeno (pH) unidad pH 6.5-8.5 6.5-8.4
Sulfatos mg/L 1000 1000
Temperatura °C Δ3 Δ3
115
PARÁMETROS
UNIDAD
DE
MEDIDA
RIEGO DE VEGETALES BEBIDA DE
ANIMALES
AGUA PARA
RIEGO NO
RESTRINGIDO
AGUA PARA
RIEGO
RESTRINGIDO
BEBIDA DE
ANIMALES
INORGÁNICOS
Aluminio mg/L 5 5
Arsénico mg/L 0.1 0.2
Bario mg/L 0.7
Berilio mg/L 0.1 0.1
Boro mg/L 1 5
Cadmio mg/L 0.01 0.05
Cobre mg/L 0.2 0.5
Cobalto mg/L 0.05 1
Cromo Total mg/L 0.1 1
Hierro mg/L 5
Litio mg/L 2.5 2.5
Magnesio mg/L 250
Manganeso mg/L 0.2 0.2
Mercurio mg/L 0.001 0.01
Níquel mg/L 0.2 1
Plomo mg/L 0.05 0.05
Selenio mg/L 0.02 0.05
Zinc mg/L 2 24
ORGANICO
Bifenilos Policlorados ug/L
Bifenilos Policlorados (PCB) ug/L 0.04 0.045
PLAGUICIDAS
Paratión ug/L 35 35
Organoclorados
Aldrín ug/L 0.004 0.7
Clordano ug/L 0.006 7
Dicloro Difenil
Tricloroetano (DDT) ug/L 0.001
30
Dieldrín ug/L 0.5 0.5
Endosulfán ug/L 0.01 0.01
116
PARÁMETROS
UNIDAD
DE
MEDIDA
RIEGO DE VEGETALES BEBIDA DE
ANIMALES
AGUA PARA
RIEGO NO
RESTRINGIDO
AGUA PARA
RIEGO
RESTRINGIDO
BEBIDA DE
ANIMALES
Endrin ug/L 0.004 0.2
Heptacloro y Heptacloro
Epóxido ug/L 0.01
0.03
Lindano ug/L 4 4
Carbamato
Aldicarb ug/L 1 11
MICROBIOLÓGICOS Y PARASITOLÓGICO
Coliformes Termotolerantes ug/L 1000 1000
Escherichia coli ug/L 1002
Huevos de Helmintos ug/L 1003
117
Anexo N° 6
Tablas de Resultados
CARACTERIZACIÓN DE MUES TRA DE AGUA ÁCIDA
Muestra pH Cu ppm Pb ppm Cd ppm Zn ppm Mn ppm Fe ppm As ppm
M1 2.5 30.85 9.34 ´- 709.94 63.45 1432.12 5.55
M2 2.5 30.77 9.37 ´- 710.81 63.69 1375.21 5.57
Blanco
Control 6.5-7 0.991 1.001 0.998 0.971 0.985 0.999 3.500
D.S. N° 010-
2010-
MINAM
´6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
PROMEDIO 2.5 30.810 9.355 ´- 710.375 63.570 1403.665 5.560
CARACTERIZACIÓN DE MUES TRA DE AGUA ÁCIDA TRATADA - 18SET2016
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm
Zn
ppm
Mn
ppm
Fe
ppm
As
ppm
%
Volume
n lodos
M1 0.016 0.082 0.016 1.701 0.213 1.094 0.375 31%
M2 0.013 0.067 0.013 1.698 0.29 1.084 0.594 44%
Blanco
Control 0.998 1.006 0.994 0.913 0.992 0.991 3.525
D.S. N°
010-2010-
MINAM
´6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
1er ensayo 7.5 0.015 0.075 0.015 1.700 0.252 1.089 0.485 38%
DOSIFICACIÓN PARA NEUTRALIZACIÓN Y REMOCIÓN DE METALES -
18SET2016
Datos cantidad unidades
Volumen inicial de muestra (ml) 1000 ml
Temperatura (°C) 20 °C
pH inicial 2.5
Velocidad del agitador (rpm) 100-400 rpm
Volumen Ca (OH)2 al 10% (%Pureza Ca (OH)2 79.83%) (ml) 30 ml
Volumen NaClO (ml) 1 ml
Volumen Floculante (ml) 0.4 ml
Tiempo de regulación a pH básico (min) 5
Tiempo de agitación con NaClO y Ca(OH)2 (min) 15 minutos
Tiempo de floculación (min) 2 minutos
Tiempo de sedimentación (min) 60 minutos
pH final 7.5
118
PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN - 18SET2016
Tiempo de
Sedimentación
(min)
M1 M2 PROMEDIO
Altura
(cm) % Vol Altura (cm) % Vol Altura (cm) % Vol
0 34.30 100% 37.70 100% 36.00 100%
2 32.10 93.6% 36.60 97.1% 34.35 95.4%
4 28.60 83.4% 36.00 95.5% 32.30 89.7%
6 25.60 74.6% 35.00 92.8% 30.30 84.2%
8 22.20 64.7% 34.40 91.2% 28.30 78.6%
10 20.20 58.9% 33.20 88.1% 26.70 74.2%
20 14.60 42.6% 27.50 72.9% 21.05 58.5%
30 13.30 38.8% 22.40 59.4% 17.85 49.6%
40 12.00 35.0% 19.10 50.7% 15.55 43.2%
50 11.30 32.9% 17.80 47.2% 14.55 40.4%
60 10.80 31.5% 16.40 43.5% 13.60 37.8%
CARACTERIZACIÓN DE LODOS - 18SET2016
Muestra Cu % Pb % Cd % Zn % Mn % Fe % As% Peso Lodo
(g/L)
M1 0.2972 0.076 0.0172 6.998 0.8001 7.008 0.0601 9.03
M2 0.296 0.079 0.017 7.1005 0.7903 7.001 0.0595 9.11
Blanco
Control 4.99 9.95 0.993 9.95 0.989 10.035 5.001
PROMEDIO 0.2966 0.0775 0.0171 7.04925 0.7952 7.0045 0.0598 9.07
CARACTERIZACIÓN DE MUES TRA DE AGUA ÁCIDA TRATADA -
26SET2016
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm
Zn
ppm
Mn
ppm
Fe
ppm
As
ppm
M1 2.5 0.0002 0.1152 0.0106 1.459 0.21 0.703 0
M2 0.0033 0.1975 0.0098 1.468 0.219 0.795 0
Blanco
Control 0.998 1.006 0.994 0.913 0.992 0.991 3.525
D.S. N°
010-2010-
MINAM
´6-9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2
(*) 5 (*) 0.08
2do
ensayo 8 0.002 0.156 0.010 1.464 0.215 0.749 0.000
119
DOSIFICACIÓN PARA NEUTRALIZACIÓN Y REMOCIÓN DE
METALES - 26SET2016
Datos cantidad unidades
Volumen inicial de muestra 1000 ml
Temperatura 20 °C
pH inicial 2.5
Velocidad del agitador 100-400 rpm
Volumen Ca (OH)2 al 10%
(%Pureza Ca(OH)2 79.83%) 40 ml
Volumen NaClO 1 ml
Volumen Floculante 0.6 ml
Tiempo de regulación a pH básico 10 minutos
Tiempo de agitación con NaClO y
Ca(OH)2 15 minutos
Tiempo de floculación 2 minutos
Tiempo de sedimentación 60 minutos
pH final 8
PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN - 26SET2016
Tiempo de
Sedimentación
(min)
M1 M2 PROMEDIO
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
0 34.50 100% 34.70 100% 34.60 100%
2 33.39 96.8% 34.10 98.3% 33.75 97.5%
4 32.50 94.2% 33.40 96.3% 32.95 95.2%
6 31.50 91.3% 32.65 94.1% 32.08 92.7%
8 30.02 87.0% 32.10 92.5% 31.06 89.8%
10 28.40 82.3% 31.60 91.1% 30.00 86.7%
20 20.60 59.7% 26.80 77.2% 23.70 68.5%
30 16.25 47.1% 22.00 63.4% 19.13 55.3%
40 15.00 43.5% 18.60 53.6% 16.80 48.6%
50 14.00 40.6% 16.80 48.4% 15.40 44.5%
60 13.20 38.3% 15.50 44.7% 14.35 41.5%
CARACTERIZACIÓN DE LODOS – 26SET2016
Muestra Cu % Pb % Cd % Zn % Mn % Fe % As%
Peso
Lodo
(g/L)
M1 0.2925 0.0253 0.017 7.1741 0.8037 6.1304 0.0601 8.85
M2 0.2848 0.0537 0.0164 6.9641 0.7822 7.7026 0.0055 9.56
Blanco
Control 4.9588 9.95 0.993 9.95 0.989 10.035 0.0203
PROMEDIO 0.28865 0.0395 0.0167 7.0691 0.79295 6.9165 0.0328 9.205
120
CARACTERIZACIÓN DE MUES TRA DE AGUA ÁCIDA TRATADA - 27OCT2016
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm Zn ppm
Mn
ppm Fe ppm As ppm
% de
Volumen
lodos
M1 0.9387 0.1711 0.9285 434.4027 54.7093 0.0257 0.2244 49%
M2 0.9387 0.1711 0.9285 434.4027 54.7093 0.0257 0.2244 49%
Blanco
Control 0.978 0.985 0.981 1.021 0.997 0.998 4.953
D.S. N°
010-
2010-
MINAM
´6-
9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
3er
ensayo 5.5 0.939 0.171 0.929 434.403 54.709 0.026 0.224 49%
DOSIFICACIÓN PARA NEUTRALIZACIÓN Y REMOCIÓN DE METALES -
27OCT2016
Datos cantidad unidades
Volumen inicial de muestra 1000 ml
Temperatura 20 °C
pH inicial 2.5
Velocidad del agitador 100-400 rpm
Volumen Ca (OH)2 al 10% (%Pureza
Ca (OH)2 79.83%) 1O ml
Volumen Na2S (5%) 10 ml
Volumen Floculante 0.5 ml
Tiempo de regulación a pH básico 5
Tiempo de agitación con Na2S y Ca(OH)2 15 minutos
Tiempo de floculación 5 minutos
Tiempo de sedimentación 60 minutos
pH final 5.5
121
PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN - 27OCT2016
Tiempo de
Sedimentación
(min)
M1 M2 PROMEDIO
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
0 37.70 100% 37.70 100% 37.70 100%
2 36.90 97.9% 36.90 97.9% 36.90 97.9%
4 36.50 96.8% 36.50 96.8% 36.50 96.8%
6 35.70 94.7% 35.70 94.7% 35.70 94.7%
8 34.90 92.6% 34.90 92.6% 34.90 92.6%
10 33.00 87.5% 33.00 87.5% 33.00 87.5%
20 27.90 74.0% 27.90 74.0% 27.90 74.0%
30 22.00 58.4% 22.00 58.4% 22.00 58.4%
40 20.00 53.1% 20.00 53.1% 20.00 53.1%
50 19.70 52.3% 19.70 52.3% 19.70 52.3%
60 18.60 49.3% 18.60 49.3% 18.60 49.3%
CARACTERIZACIÓN DE LODOS – 27OCT2016
Muestra Cu % Pb % Cd % Zn % Mn % Fe % As% Peso
Lodo
M1 0.2972 0.076 0.0172 6.998 0.8001 7.008 0.0601 9.9
M2 0.296 0.079 0.017 7.1005 0.7903 7.001 0.0595 9.85
Blanco
Control 4.99 9.95 0.993 9.95 0.989 10.035 5.001
PROMEDIO 0.2966 0.0775 0.0171 7.04925 0.7952 7.0045 0.0598 9.875
CARACTERIZACIÓN DE MUES TRA DE AGUA ÁCIDA TRATADA -
06FEB2016
Muestra pH Cu
ppm
Pb
ppm
Cd
ppm
Zn
ppm
Mn
ppm
Fe
ppm
As
ppm
% de
Volumen
lodos
M1 8.6 0.0257 0.1159 0.0388 0.7928 0.1273 0.1569 0.001 44%
M2 8.6 0.0256 0.1158 0.0401 0.7921 0.1274 0.1572 0.002 45%
Blanco
Control 0.995 1.007 0.987 0.903 0.999 0.978 3.508
D.S. N°
010-
2010-
MINAM
´6-
9 0.4 0.16 0.04 1.2 0.2 (*) 5 (*) 0.08
4to
ensayo 8.6 0.026 0.116 0.039 0.792 0.127 0.157 0.002 44%
122
DOSIFICACIÓN PARA NEUTRALIZACIÓN Y REMOCIÓN DE METALES -
06FEB2017
Datos cantidad unidades
Volumen inicial de muestra 1000 ml
Temperatura 20 °C
pH inicial 2.5
Velocidad del agitador 100-400 rpm
Volumen Ca (OH)2 al 10% (%Pureza Ca (OH)2
79.83%) 60.5 ml
Volumen NaClO 2 ml
Volumen Floculante 1 ml
Tiempo de regulación a pH básico 5 minutos
Tiempo de agitación con NaClO y Ca(OH)2 20 minutos
Tiempo de floculación 5 minutos
Tiempo de sedimentación 60 minutos
pH final 8.6
PRUEBA DE SEDIMENTACIÓN - 06FEB2017
Tiempo de
Sedimentación
(min)
M1 M2 PROMEDIO
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
Altura
(cm) % Vol
0 38.40 100% 38.70 100% 38.55 100%
2 37.30 97.1% 37.60 97.2% 37.45 97.1%
4 36.70 95.6% 37.00 95.6% 36.85 95.6%
6 35.70 93.0% 36.00 93.0% 35.85 93.0%
8 35.10 91.4% 35.40 91.5% 35.25 91.4%
10 33.90 88.3% 34.20 88.4% 34.05 88.3%
20 28.20 73.4% 28.50 73.6% 28.35 73.5%
30 23.00 59.9% 23.40 60.5% 23.20 60.2%
40 19.60 51.0% 20.10 51.9% 19.85 51.5%
50 17.90 46.6% 18.80 48.6% 18.35 47.6%
60 16.90 44.0% 17.40 45.0% 17.15 44.5%
CARACTERIZACIÓN DE LODOS - 06FEB2017
Muestra Cu % Pb % Cd % Zn % Mn % Fe % As%
Peso
Lodo
(g/L)
M1 0.3353 0.076 0.0172 6.998 0.8001 7.008 0.0601 9.9
M2 0.335 0.079 0.017 7.1005 0.7903 7.001 0.0595 9.85
Blanco
Control 4.99 9.95 0.993 9.95 0.989 10.035 5.001
PROMEDIO
(% ) 0.33515 0.0775 0.0171 7.04925 0.7952 7.0045 0.0598 9.875
123
Anexo N° 7
Cálculos
DISEÑO DEL CLARIFICADOR
Velocidad de sedimentación critica de diseño (VSC) 20 m3/d-m2
Tiempo de almacenamiento del lodo por 24 horas
Volumen de almacenamiento 82.93104 m3
Área de almacenamiento de agua clara 9.122 m2
Asumiendo por diseño una altura de (H): 3.050 m
Volumen de almacenamiento de agua clara: 27.823 m3
Volumen total: 110.754 m3 3911.259 ft3
Cálculo del diámetro del Clarificador:
Volumen = 0.785 * D * H
34.947 = 0.785 * D *3.05
D = 46.2585
D = 6.8014 22.31 ft
La profundidad en el centro considerando una pendiente 10%
Profundidad = radio * (%) + profundidad periférica
Profundidad = 3.39 m 11.1222707 ft
124
Consumo de cal
Consumo de laboratorio 60 mg/l Se obtiene un pH 7.0
Consumo industrial 1259.712 Kg/d
Cal hidratada al 70%
Promedio de la velocidad de alimentación
1259.712 kg/d / 24 Hr/d = 52.488 Kg/h
Velocidad de alimentación volumétrica
52.488 Kg/h / 481 Kg/m3 = 0.109 m3/h
peso específico de la cal hidratada 481 kg/m3
peso específico de la cal viva 881 kg/m3
CALCULO DE LA VELOCIDAD DE
SEDIMENTACION
LEY DE STOKES
NUMERO DE REYNOLDS
125
VELOCIDADES LÍMTE DE SEDIMENTACIÓN OBTENIDAS CON
LA LEY DE STOKES
Diámetro de partículas Vs
(mm/s) Re
630 325 204.3
310 79 24.3
160 21 3.3
80 5 0.4
<50 <2 <0.1
VELOCIDADES LÍMTE DE SEDIMENTACIÓN OBTENIDAS CON
LA LEY DE NEWTON
Diámetro de partículas Vs
(mm/s) Re
630 325 204.3
310 79 24.3
160 21 3.3
80 5 0.4
<50 <2 <0.1
Calculando
d = 2.5mm
t= 15 min
g= 9.81m/s
Vs= 20.5m3 / d-m2
126
Anexo N° 8
Diagrama de Flujo de Planta de Tratamiento Propuesto
127
Anexo N° 9
Sistema de Tratamiento Propuesto de Aguas de Mina
